DE3906973C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für den Einbau in Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie die Verwendung eines solchen Gehäuses.

Zunehmend werden in Kraftfahrzeugen elektronische Steu­ er- und Regelsysteme eingesetzt, deren Baugruppen in Gehäusen untergebracht sind, die sie vor den im Betrieb auftretenden Belastungen und Störungen ausreichend schützen.

So können beispielsweise elektromagnetische Störungen (EMV-Störungen) den Betrieb der elektronischen Baugrup­ pen negativ beeinflussen. Auch kann eine solche elek­ tronische Baugruppe selbst Quelle für solche Störungen sein, die dann auf andere elektronische Baugruppen stö­ rend einwirken können. Zur Unterdrückung solcher Stö­ rungen werden die elektronischen Bauteile in Metallge­ häuse, die beispielsweise als Aluminiumdruckgußgehäuse, Faltgehäuse oder als Fließpreßgehäuse ausgeführt sind, oder in metallisierte Kunststoffgehäuse eingebaut.

Gleichzeitig dient ein solches Metallgehäuse zur Wärme­ abfuhr der elektrischen Verlustleistung, wobei dies bei einer Umgebungstemperatur von -40°C bis +120°C durch zusätzliche Verwendung von Kühlrippen sichergestellt ist.

Ein Metallgehäuse dieser Art zeigen die Fig. 1 und 2, wobei die Fig. 1 eine Draufsicht der Gehäuseteile und Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Gehäuses gemäß der Fig. 1 zeigt. Dieses Gehäuse besteht aus einem Rahmenteil 1 und zwei Gehäusedeckeln 2a und 2b, wobei das Rahmenteil 1 als Aluminiumdruckgußgehäuse herge­ stellt ist und die beiden Gehäusedeckel 2a und 2b aus Aluminium gefertigt sind. Dieses Gehäuse nimmt die in SMD-Technik bestückte Leiterplatte 3 mit den elektri­ schen SMD-Bauteilen, den Leistungstransistoren 12 und dem Stecker 11 auf. Der Stecker 11 ist über die Bohrun­ gen 5 mit der Leiterplatte 3 verbunden. Diese bestückte Leiterplatte 3 wird entsprechend dem Pfeil 22 in der Fig. 1 in das Rahmenteil 1 eingeführt. Zur Fixierung der Leiterplatte 3 im Rahmenteil 1 dienen dort angeord­ nete Stege 15 und 16 mit jeweils einem Abstandszapfen 15a und 16a, die jeweils auch eine Bohrung 4 zum Befe­ stigen der Leiterplatte 3 mittels vier Schrauben 20 enthalten. Hierbei verbinden die beiden Stege 15 die beiden Längsseiten des rechteckförmigen Rahmenteils 1 im Bereich des Randes der beiden kurzen Seiten des Rah­ menteiles 1. Die zwei weiteren kurzen Stege 16 ragen von einer Längsseite ausgehend in das Rahmenteil 1 hin­ ein. An der dieser Längsseite gegenüberliegenden Seite sind zwei großflächige Flanschstücke 8 angeordnet. Ge­ mäß der Fig. 2 ist zu erkennen, daß die vier Stege 15 und 16 jeweils einen Abstandszapfen 15a bzw. 16a auf­ weisen. Auf diesen vier Abstandszapfen 15a und 16a liegt die Leiterplatte 3 auf und wird mit den Schrauben 20 über die Bohrungen 5a in der Leiterplatte 3 mit den Abstandszapfen 15a und 16a verschraubt. Hierbei sind die Leistungstransistoren 12 an den Rändern der beiden kurzen Seiten der Leiterplatte 3 so angeordnet, daß deren Kühlfläche in Kontakt mit den äußeren Flächen des Rahmenteiles 1 stehen. Dort an diesen Außenflächen der kurzen Seiten des Rahmenteiles 1 stehen Kühlrippen 10 zur Verbesserung der Wärmeabfuhr zur Verfügung. An die­ sen Kühlrippen 10 sind zusätzlich noch Befestigungsboh­ rungen 9 vorgesehen. Zwischen den Leistungstransistoren 12 und den Stegen 15 sind jeweils Spreizvorrichtungen 13 so eingeführt, daß die Leistungstransistoren 12 an die äußeren Flächen des Rahmenteils 1 angedrückt werden. Schließlich werden die beiden Gehäusedeckel 2a und 2b über die Bohrungen 19 mittels der Schrauben 21 und 21a mit dem Rahmenteil 1 verschraubt. Hierzu dienen die auf beiden Seiten des Rahmenteils 1 angeordneten Bohrungen 4a. Das Rahmenteil 1 weist beidseitig jeweils einen abgesetzten Rand 7 auf, der zur Arretierung der beiden Gehäusedeckel 2a und 2b dient. Vor dem Montieren dieser Gehäusedeckel wird in diesen Rand 7 eine Silikonmasse eingebracht, um das Gehäuse hermetisch abzudichten.

Eine solche zuvor beschriebene Gehäusekonstruktion weist eine Reihe von Nachteilen auf. Da das Rahmenteil nach einem Aluminiumdruckgußverfahren hergestellt wird, weist die durch die vier Abstandszapfen 15a und 16a für die Leiterplatte 3 gebildete Auflagefläche ein hohes Maß an Ebenheit auf. Die Leiterplatte 3 verzieht sich jedoch durch den Lötprozeß derart, daß die durch die Leiter­ platte gebildete Fläche nicht mehr eben ist, weshalb sie auch mit der Auflagefläche nicht übereinstimmt. Nun wird durch das Verschrauben der Leiterplatte 3 mit die­ sen Abstandszapfen die Leiterplatte in die Auflageflä­ che eingespannt, so daß Torsionskräfte an ihr angrei­ fen, die auf die Leiterbahnen und elektronischen SMD-Bauteile übertragen werden können, womit Risse und Brü­ che nicht ausschließbar sind und sogar einen Funktions­ ausfall bewirken können.

Ferner sind aufgrund ungünstiger Toleranzkombinationen an der Leiterplatte 3 und dem Rahmenteil 1 die An­ schlußdrähte der Leistungstransistoren 12 durch die Spreizvorrichtung 13 Biegekräften ausgesetzt, die auch zu Funktionsausfällen führen können.

Schließlich ist die Montage dieses bekannten Gehäuses aufgrund der vielen Teile und schwierigen Handhabung aufwendig und führt daher zu hohen Produktionskosten.

Aus US 46 74 005, von der die Erfindung ausgeht, ist es bekannt, eine Leiterplatte in ein wannenförmiges Gehäuse zu montieren, wobei die Lei­ terplatte am Kühlkörper und der Kühlkörper zur Wärmeab­ fuhr im Gehäuse befestigt wird. Aus DE 37 03 088 ist ein Gehäuse zur Aufnahme von Leiterplatten für den Ein­ bau in Kfz bekannt, welches aus einem wannenförmigen Bodenteil und einem Metalldeckel besteht.

In diesem bekannten Gehäuse werden die Leistungsbau­ teile zur Wärmeabfuhr direkt mit dem Gehäuse in Verbin­ dung gebracht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Ge­ häuse der o. g. Art zu schaffen, das einen spannungs­ freien Einbau der Leiterplatte in das Gehäuse erlaubt sowie einfach und schnell zu montieren ist.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung werden Kühlkörper auf der Leiterplatte befestigt, wobei die auf der Lei­ terplatte angeordneten Leistungstransistoren mittels Klammern mit diesen Kühlkörpern in Kontakt gehalten werden. Die so fixierten Leistungstransistoren können zusammen mit den SMD-Bauteilen einem Lötprozeß unterzo­ gen werden, wodurch sich keine ungünstigen Toleranzen mehr ergeben, die sich als Biegekräfte auf die An­ schlußdrähte der Leistungstransistoren auswirken könnten. Die mit den elektrischen SMD-Bauteilen und dem Kühlkörper bestückte Leiterplatte kann nun in einfacher Weise in das wannenförmige Gehäuseteil eingeführt und über die Kühlkörper mit dem Gehäuseteil verbunden wer­ den. Die von den Leistungstransistoren erzeugte Ver­ lustwärme wird zuerst über die Kühlkörper abgeführt und anschließend über den mit dem Kühlkörper in Kontakt stehenden Metalldeckel verteilt. Ferner erfolgt der Einbau der Leiterplatte spannungsfrei, so daß keine Torsionskräfte mehr auf die Leiterplatte mit den SMD- Bauteilen einwirken können.

Die beiden Kühlkörper auf der Leiterplatte sind so aus­ gebildet, daß sie an den Rändern der langen Seite der Leiterplatte Überstände aufweisen, wobei jeweils ein Überstand eine Bohrung zum gleichzeitigen Montieren der Leiterplatte, des Metalldeckels und des Rahmenteils enthält.

Hierdurch wird eine Reduzierung des Montageaufwandes erreicht, da nun nicht mehr separat die Leiterplatte mit dem Gehäuseteil und dann der Gehäusedeckel mit dem Gehäuseteil verbunden werden müssen, sondern das Ge­ häuseteil, die Leiterplatte und der Metalldeckel in ei­ nem Vorgang miteinander verbindbar sind.

Gemäß der Erfindung ist die Leiterplatte rechteckförmig ausgebildet und trägt jeweils an den gegenüberliegen­ den, kurzen Seiten der Leiterplatte ein über die ganze Breite der Leiterplatte sich erstreckenden Kühlkörper, wobei gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfin­ dung der Kühlkörper stabförmig ausgebildet ist und einen annähernd rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich mit zwei unterbaubaren Kühlkörpern, mit denen eine optimale Flächenausnutzung der Leiterplatte sowie eine mechanisch gut stabilisierte Leiterplattenbefestigung über diese Kühlkörper erzielbar ist.

Da aufgrund von EMV-Messungen festgestellt wurde, daß Baugruppen mit vieladrigem Anschlußkabel EMV-Störungen im weitaus größten Teil über die angeschlossenen Lei­ tungen einfangen und aussenden, kann auf die Schirmwir­ kung eines geschlossenen Metallgehäuses verzichtet wer­ den. Deshalb wird bei einer besonders bevorzugten Wei­ terbildung der Erfindung das wannenförmige Gehäuseteil aus Kunststoff, vorzugsweise im Spritzgußverfahren ge­ fertigt. Hierdurch ergibt sich ein kostengünstiges Her­ stellungsverfahren gegenüber einem Aluminiumdruckguß­ verfahren, da hierbei kostspielige Werkzeugkostenumla­ gen entfallen. Ferner wird ein geringeres Gewicht der Baugruppe erzielt, was besonders im Kraftfahrzeugbau erwünscht ist. Eine hinreichende EMV-Schirmwirkung und eine ausreichende Wärmeableitung ergibt sich durch den Metalldeckel, der gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aus Aluminium gefertigt ist.

Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Zuhilfenahme der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 3 die Draufsicht auf die Teile einer Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses,

Fig. 4 und 5 jeweils eine Schnittdarstellung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses gemäß Fig. 3, und

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer weiteren Aus­ führungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses.

In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Teile verwendet.

Das erfindungsgemäße Gehäuse gemäß Fig. 3 zeigt in Draufsicht das wannenförmige Gehäuseteil 1, die mit zwei Kühlkörpern 14, einem Stecker 11, den Leistungs­ transistoren 12 und anderen Elektronikbauteilen in SMD-Technik bestückte Leiterplatte 3 sowie den Metalldeckel 2. Das Gehäuseteil 1 ist als rechteckförmige Wanne aus­ gebildet, deren Raumform aus den Schnittdarstellungen gemäß den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist. In Fig. 4 erfolgt der Schnitt in Längsrichtung, wobei das Gehäu­ seteil 1, die Leiterplatte 3 und der Metalldeckel 2 in ihrer Einbaulage auseinandergezogen, in Form einer Ex­ plosionsdarstellung, abgebildet sind. Hingegen ist die Schnittrichtung der Darstellung in Fig. 5 parallel zur kurzen Seite des Gehäuseteiles 1 ausgeführt, wobei das Gehäuse fertig montiert ist.

Die beiden Kühlkörper 14 sind gemäß den Fig. 3, 4 und 5 stabförmig mit annähernd rechteckförmigem Quer­ schnitt ausgebildet und übergreifen an den beiden kur­ zen Seiten der rechteckförmigen Leiterplatte 3 deren gesamte Breite, wobei sie die Leiterplatte 3 an deren rechteckige Ausschnitte 5c aufweisenden Ecken derart überragen, daß an diesen überstehenden Enden der Kühl­ körper 14 jeweils eine Bohrung 17 vorhanden ist. Die Kühlkörper 14 sind jeweils über zwei Bohrungen 5b in der Leiterplatte 3 mit dieser, beispielsweise mit Nie­ ten, fest verbunden. Ferner sind die Überstände an den Enden der Kühlkörper 14 so ausgebildet, daß sie auch über die Ebene der Leiterplatte 3 hinausragen, um einen bestimmten Abstand zum Metalldeckel 2 sicherzustellen, der nach der Montage auf diesen Überständen der Kühl­ körper 14 aufliegt, vergleiche hierzu Fig. 4 und 5. Die Leistungstransistoren 12 sind jeweils entlang des kurzen Randes der Leiterplatte 3 angeordnet, so daß sie mit ihrer Kühlfläche jeweils an den äußeren Flächen 18 der beiden Kühlkörper 14 anliegen, wo sie mittels einer Klammer 13, die den Kühlkörper 14 und die Leistungs­ transistoren 12 umfaßt, an den Kühlkörper 14 angedrückt werden.

Die Überstände der Kühlkörper 14 sind weiterhin so kon­ struiert, daß sie jeweils als Flansch auf den die Boh­ rungen 4 tragenden Sockeln, die in den Ecken des wan­ nenförmigen Gehäuseteils 1 angeordnet sind, aufliegen, um damit einen bestimmten Abstand der Leiterplatte 3 zum Gehäuseboden des Gehäuseteils 1 einzuhalten. Dabei ist die Dicke des Flansches an den Enden der Kühlkörper 14 so gewählt, daß sie dem Abstand zwischen den Deck­ flächen der erwähnten Sockeln und des inneren Randes des Gehäuseteils 1 entspricht, so daß nach Einbau der Leiterplatte 3 in das Gehäuseteil 1 der Deckel 2 bündig mit dem Rand des Gehäuseteils 1 abschließt, wie es aus Fig. 5 zu ersehen ist.

Schließlich weist jeder der beiden Kühlkörper 14 an seiner der Leiterplatte 3 zugewandten Seite, zwischen den beiden Nietverbindungen 23, gemäß Fig. 5, eine Aussparung auf, die verhindert, daß die Kühlkörper 14 auf der Leiterplatte 3 aufliegen, wodurch der Kühlkör­ per 14 unterbaubar ist.

Die Fig. 4 und 5 zeigen nun, wie mit vier Schrauben 21 über die Bohrungen 19 im Metalldeckel 2, die Bohrun­ gen 17 in den Kühlkörpern 14 und die Bohrungen 4 im Gehäuseteil 1 gleichzeitig der Metalldeckel 2, die Kühl­ körper 14 und das Gehäuseteil 1 fest verbunden werden.

Bei dem in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigten Ausführungs­ beispiel eines erfindungsgemäßen Gehäuses sind die elektronischen Bauteile auf der zum Gehäuseboden des Gehäuseteils 1 zeigenden Seite der Leiterplatte 3 ange­ ordnet.

Es kann jedoch bei entsprechender Gestaltung der Kühl­ körper 14 und der die Bohrungen 4 tragenden Auflage­ sockel in dem Gehäuseteil 1 die Baugruppe so montiert werden, daß die Leiterplatte 3 am Wannengrund des Ge­ häuseteils 1 liegt und die elektronischen Bauteile im Raum zwischen der Leiterplatte 3 und dem Deckel 2 an­ geordnet sind. Eine solche Ausführungsform zeigt die Fig. 6 in einer der Fig. 5 entsprechenden Schnittdar­ stellung.

Das wannenförmige Gehäuseteil 1 kann aus Kunststoff nach einem Spritzgußverfahren gefertigt sein, das hier­ durch zu einer erheblichen Kostenreduzierung der Pro­ duktion im Vergleich zu einem Metallgehäuse führt, da die Werkzeugkostenumlage für ein Aluminiumdruckgußver­ fahren zur Herstellung eines Metallgehäuses aufgrund der Werkzeugausbringung sehr teuer ist. Ferner führt die Verwendung von Kunststoff auch zu einem geringeren Gewicht der Baugruppe, das den Zielen im Kraftfahrzeug­ bau entgegenkommt.

Der Metalldeckel 2 wird aus Korrosionsschutzgründen aus chromatiertem Aluminium gefertigt und dient, da er in direktem Kontakt mit dem Kühlkörper 14 steht zur Wär­ meabfuhr.

Wie schon weiter oben dargelegt wurde, wird durch diesen Metalldeckel 2 in den meisten Fällen eine hin­ reichende EMV-Schirmwirkung erzielt. Ist jedoch ein geschlossenes Metallgehäuse für hochempfindliche elek­ tronische Baugruppen erforderlich, ist es trotz des Kunststoffgehäuseteils 1 möglich, eine billige Ab­ schirmung in folgender Weise durchzuführen. Aus einem dünnen Blech mit einer Dicke von ca. 0,2 bis 0,3 mm wird ein wannenförmiges Stanz-Biege-Teil hergestellt, das in das wannenförmige Gehäuseteil 1 eingelegt wird. Dieses Teil weist an der zum Flansch 8 benachbarten Seite des Gehäuseteils 1 einen hochgezogenen Lappen sowie vier winkelförmige Fortsätze zur Montage auf den die Bohrungen 4 tragenden Sockeln auf. Bei der Montage kommen diese winkelförmigen Fortsätze auf diesen Sockeln zum liegen, so daß die unteren Flanschflächen der Kühl­ körper 14 darauf drücken. Es entsteht so über die Ein­ legewanne, die seitlichen Kühlkörper 14 und dem Alu­ miniumdeckel 2 ein geschlossener Metallkäfig, der die Abschirmung übernimmt und ein teures Metallisieren des Kunststoffgehäuseteils 1 erspart.

Auch das Verfahren zum Herstellen einer einbaufertigen Leiterplatte 3 gemäß des Ausführungsbeispiels läßt sich rationell und somit kostengünstig ausrichten. Denn die Kühlkörper lassen sich maßgenau mit Hilfe einer ent­ sprechenden Vorrichtung auf der Leiterplatte befesti­ gen, danach wird der Stecker 11 montiert und anschlie­ ßend werden die Elektronikbauteile auf der Leiterplatte angeordnet, wobei die Leistungstransistoren 12 sofort mittels den Klammern 13 mit dem Kühlkörper 14 verklam­ mert werden, so daß danach der Lötvorgang erfolgen kann. Hierdurch entstehen an den Anschlußdrähten der Leistungstransistoren 12 keine mechanischen Spannungen mehr, die diese Bauteile unter Umständen nachteilig beeinflussen könnten.

Darüber hinaus wird die Leiterplatte durch die Kühlkör­ per in ihrer endgültigen Einbaulage während des Lötpro­ zesses fixiert. Zum Schluß wird eine Tauchlackierung durchgeführt, in dem nur die Leiterplatte bis zum Stec­ ker benetzt wird, was zu einem minimierten Lackverbrauch führt, da weitere äußere Gehäuseteile fehlen. Dies führt zu einer verbesserten Optik.

Die Endmontage ist nun, wie oben schon ausgeführt, in einfacher Weise mit nur vier Schrauben durchzuführen, so daß der Aufwand an Bauteilen und die Handhabung mini­ miert ist.

Zum Dehnungsausgleich zwischen dem Kunststoffgehäuse­ teil 1 und dem Aluminiumdeckel 2 dient als Dichtungs­ mittel vorzugsweise Dichtungsmaterial, da im Kraftfahr­ zeugbau eine Umgebungstemperatur von -40°C bis +120°C zugelassen ist. Diese Dichtung kann entfallen, wenn das Gerät nicht im Motorraum, sondern im Fahrzeug­ innenraum montiert ist.

Diese oben beschriebene Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Gehäuses ist mit Vorteil im Kraftfahrzeug­ bau, für jede motorraumtaugliche Autoelektronik - bei­ spielsweise für eine Zünd- oder ABS-Elektronik - ein­ setzbar.

Claims (6)

1. Gehäuse, insbesondere für den Einbau in Kraftfahr­ zeuge, zur Aufnahme von auf einer Leiterplatte ange­ ordneten Elektronikbauteilen, wobei das Gehäuse ein wannenförmiges Gehäuseteil (1) aufweist, wobei an zu­ mindest einer der gegenüberliegenden, kurzen Seiten der Leiterplatte (3) sich über die gesamte Breite der Lei­ terplatte (3) sich über die gesamte Breite der Lei­ terplatte (3) ein Kühlkörper (14) erstreckt, wobei die Leiterplatte (3) ausschließlich mit diesem zumindest einen Kühlkörper (14) fest verbunden ist, dadurch ge­ kennzeichnet,
daß das wannenförmige Gehäuseteil (1) von einem Metall­ deckel (2) abgeschlossen ist,
daß an jeder der gegenüberliegenden kurzen Seiten der Leiterplatte (3) ein Kühlkörper (14) angeordnet ist,
daß die beiden Kühlkörper (14) jeweils an den Kanten der langen Seite der Leiterplatte (3) Überstände auf­ weisen, und daß die Überstände jeweils eine Bohrung (17) enthalten, über die mittels einer einzigen Schraubverbindung (21) sowohl der Metalldeckel (2) als auch das Gehäuseteil (1) fest mit den Kühlkörpern (14) verbunden sind, so daß die Kühlkörper (14) in direktem Kontakt sowohl mit dem Gehäuseteil (1) als auch mit dem Metalldeckel (2) stehen.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen stabförmigen Kühlkörper (14) mit annähernd rechteckför­ migem Querschnitt.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen unterbaubaren Kühlkörper (14).

4. Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das wannenförmige Gehäuseteil (1) aus Kunststoff besteht.

5. Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Metalldeckel (2) aus chromatiertem Aluminium besteht.

6. Verwendung eines Gehäuses nach einem der vorangehenden Ansprüche für motorraumtaugliche Autoelektroniken.