DE29716303U1 - Elektrisches Gerät mit Bauelementwärmeleitung - Google Patents
Elektrisches Gerät mit BauelementwärmeleitungInfo
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Description
R. 32
18.08.1997
ROBERT BOSCH GMBH7 70442 Stuttgart
Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Gerät, insbesondere Schalt- und Steuergerät für Kraftfahrzeuge, nach
der Gattung des Hauptanspruchs.
Bekannte Schalt- und Steuergeräte weisen auf einer Leiterplatte angeordnete Leistungsbauelemente zum Schalten hoher
Ströme auf, die wegen der großen Wärmeentwicklung gekühlt werden müssen. Dazu wird eine Wärmeabgabefläche der Leistungsbauelemente
mit der als Kühlkörper wirkenden Leiterplatte wärmeleitend verbunden. Auf diese Weise nimmt die
Leiterplatte einen Teil der Wärmeenergie der Bauelemente auf und vergrößert dadurch die Wärmeabgabefläche der Bauelemente,
so daß die Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgegeben werden kann. Wegen der zunehmenden Miniaturisierung
der Leistungsbauelemente, beispielsweise durch die SMD-Technik, und der damit verbundenen, hohen Bauelementdichte
auf der Leiterplatte ist die Leiterplattenkühlung oft nicht effektiv genug.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die in
dem elektrischen Gerät angeordneten Leistungsbauelemente zuverlässig gekühlt werden können.
• Z'
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgeraäß wird die Wärmeenergie der zu kühlenden Leistungsbauelemente
zusätzlich auf wärmeleitfähige Auflageflächen für die Leiterplatte innen am Gehäuse abgeleitet.
Dadurch wird die Oberfläche zur Wärmeabgabe vergrößert, so daß neben der Leiterplatte zumindest die Auflageflächen,
insbesondere aber auch das gesamte Gehäuse, als Kühlkörper wirken. Der Keil ist insbesondere zwischen Steckverbinder
und Leiterplatte angeordnet und preßt die Leiterplatte gegen die wärmeleitfähigen Auflageflächen des Gehäuses, so
daß eine sicherer Übergang der Wärmeenergie der Leiterplatte auf die wärmeleitfähigen Auflagenflächen gewährleistet
ist. Erfindungsgemäß stützt sich dabei der Keil am Gehäuse ab und drückt die Leiterplatte mit einer Keilseitenfläche
gegen die wärmeleitfähigen Auflageflächen.
Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß keine separaten Kühlkörper für die Bauelemente und damit keine weiteren
Bauteile am elektrischen Gerät notwendig sind. Durch den Keil wird die Leiterplatte mit ihrem Wärmeabgabebereich
auf einfache und kostengünstige Weise gegen die wärmeleitfähigen Auflageflächen gepreßt. Die Bauelementwärmeableitung
von der Leiterplatte auf Teile des Gehäuses ist durch den engen Kontakt zwischen Leiterplatte und Auflageflächen
sehr effektiv. Dadurch eignet sich die Erfindung besonders auch für dicht mit Bauelementen bepackte, doppelseitigdurchkontaktierte
oder Multilayer-Leiterplatten.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
steht der zumindest eine Keil in Richtung parallel zur Leiterplattenfläche über den Steckverbindersockel vor. Der
Keil ist Bestandteil der Steckerleiste und insbesondere mit dem Steckverbindersockel verbunden. Beispielsweise ist der
Keil an der Unterseite des Steckverbindersockels ange-
schraubt. Das über den Steckverbindersockel vorstehende Ende des Keils stützt sich dabei mit einer der ersten Keilseitenfläche
gegenüberliegenden Keilseitenfläche an der über der Leiterplatte liegenden Abstützfläche am Gehäuse
ab.
Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die Leiterplatte
mit dem daran angelöteten Teil des Steckverbinders und dem Keil von einer Stirnseite entlang der Auflagenflächen
in das Gehäuse einschiebbar. Der angelötete Teil des Steckverbinders kann sowohl eine Stecker- als auch eine
Buchsenleiste sein. Bevorzugt verjüngt sich der Keil zu seinem über dem Steckverbindersockel in Richtung parallel
zur Einschubrichtung vorstehendem Ende hin konisch. Dadurch wird die Leiterplatte beim Einschieben in das Einschubgehäuse
vorteilhaft gegen die als Schienen wirkenden Auflageflächen für die Leiterplatte, die insbesondere seitlich an
den Gehäusewänden angeordnet sind, angepreßt.
Bevorzugt sind zwei Keile an gegenüberliegenden Randbereichen der Leiterplatte, insbesondere parallel zur Einschubrichtung
der Leiterplatte angeordnet. Dadurch unterstützen die beiden Keile durch das Aufgleiten auf der jeweiligen
an der Seitenwand angeordneten Auflagefläche das Anpressen bei der Einschubbewegung der Leiterplatte in das
Einschubgehäuse. Dabei schiebt sich der an der Gehäuseseitenwand auf der Auflagefläche gleitende konische Keil beim
Einschieben zwischen Auflagefläche und Abstützfläche am Gehäuse,
die zueinander parallel angeordnet sind und in der Seitenwand als Stufe ausgebildet sein können. Der maximale
Abstand zwischen der Abstützfläche am Gehäuse und der Auflagefläche
entspricht im wesentlichen der Summe aus Leiterplattendicke und der maximalen Höhe des Keils in Richtung
senkrecht zur Leiterplattenfläche. Dabei ist zu berücksichtigen, daß der konische Keil die Leiterplatte nach dem Einschieben
fest gegen die wärmeleitende Auflagefläche an der
Seitenwand preßt. Die Abstützfläche am Gehäuse, an der der
Keil beim Einschieben entlang gleitet, kann an der über einer Leiterplattenfläche liegende Innenwandfläche der Gehäusewand
ausgebildet sein. Wenn das Gehäuse im Bereich der Leiterplatte flach ausgeführt ist, kann so der Keil mit
seiner unteren Keilseitenfläche an der Leiterplatte und mit seiner oberen Keilseitenfläche an der oberen Gehäusewand
anliegen.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein mit zwei benachbart angeordneten
Steckverbindern verbundener und mit seinen beiden Enden über den jeweiligen Steckverbindersockel vorstehender Keil
parallel zur Einschubrichtung der Leiterplatte angeordnet. Der Keil ist an beiden Steckverbindersockeln starr befestigt
und wirkt dadurch als zusätzliche Verstärkung, so daß die Steckverbindergehäuse dadurch in ihrer Lage zueinander
festgehalten sind. Es kann auch ein zweiter Keil an einer gegenüberliegenden Seite der Steckverbindersockel angeordnet
sein, so daß eine Basis entsteht, auf der die Steckverbinder befestigt sind. Dazu können beide Keile durch Querstreben
miteinander verbunden sein. Dadurch entsteht vorteilhafterweise eine besonders stabile Einheit zwischen
Keilen und Steckverbindern. Auf der aus zwei Keilen und zwei Querstreben bestehenden Basis können entweder zwei
hintereinander oder nebeneinander angeordnete Steckverbinder fixiert sein. Bevorzugt sind zwei benachbart und mit
ihren Rückseiten zueinander angeordnete Steckverbinder, die mit dem selben Keil verbunden sind, an unterschiedlichen
Leiterplatten angelötet, so daß durch die Einheit aus Steckverbinder und Keil zusätzlich die beiden Leiterplatten
aneinander befestigt sind.
Bevorzugt sind die Bauelemente, deren Wärme abgeleitet werden soll, auf der Leiterplatte in der Nähe eines Keils,
insbesondere in der Nähe einer Gehäusewand angeordnet. Da-
durch läßt sich besonders vorteilhaft die Wärmeenergie der Bauelemente auf die benachbarte Auflagefläche der Leiterplatte
und dadurch auf die Auflagefläche an der Gehäusewand
abgeben. Eine Wärmeabgabefläche der Bauelemente liegt dazu an der Leiterplattenfläche an, darunterliegende Durchkontaktierungen
zum Ableiten der Wärmeenergie zu einer Schicht, insbesondere einer wärmeleitenden Zwischenschicht,
ist in der Leiterplatte vorgesehen und die Leiterplatte weist einen an der Auflagefläche anliegenden Wärmeabgabebereich
auf. Durch die besondere Anordnung der Bauelemente, insbesondere in einer auf einer Seitenfläche liegenden Art,
und durch die Wirkungsweise des Keils, den wärmeleitenden Kontakt zwischen der Leiterplatte und den wärmeleitenden
Auflageflächen am Gehäuse aufrecht zu erhalten, wird eine
besonders gute Kühlung von Leistungsbauelementen erzeugt. Deswegen ist die Erfindung vorteilhaft im Zusammenhang mit
SMD-Leistungsbauelementen auf doppelseitig-durchkontaktierten
oder Multilayer-Leiterplatten in einem Einschubgehäuse anwendbar. Die Erfindung ermöglicht den Einsatz der bekannten
Leiterplattenkühlung und verbessert die Kühlung durch Ableitung überschüssiger Bauelement-Verlustwärme von der
Leiterplatte auf die Auflagenflächen. Dies führt gerade im
Zusammenhang mit Einschubgehäusen zu einer besonders effektiven Kühlung, ohne daß viele weitere Bauteile erforderlich
sind.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen
jeweils, in schematischer Darstellung,
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein elektrisches Gerät mit einem Keil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 eine Vorderansicht des Gehäuses gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach Figur 1 und
Figur 3 einen Längsschnitt durch ein elektrisches Gerät mit einem Keil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
Das erfindungsgemäße Schalt- und Steuergerät nach dem ersten
Ausführungsbeispiel weist ein Gehäuse 1, eine innerhalb des Gehäuses 1 angeordnete mit Bauelementen 2 bestückte
Leiterplatte 3 und zwei an der Leiterplatte 3 angelöteten Steckverbinder 4 auf. An einer Vorderseite ist
das Gehäuse mit einem Deckel 5 und einer zwischen Deckel 5 und Gehäuse 1 angeordneten Dichtung 6 verschlossen. Die
beiden Steckverbinder 4 durchgreifen die Gehäusewand an der Rückseite des Gehäuses 1, so daß die Steckverbinder 4 durch
Öffnungen 7 und 8 aus dem Gehäuse 1 herausstehen.
Die Steckverbinder 4 weisen einen Steckverbinderkörper 9 mit Steckverbindersockel 10 auf. Zwischen dem Steckverbinderkörper
9 und der Leiterplatte 3 ist ein Keil 11 angeordnet, der in Richtung parallel zu einer Leiterplattenfläche
16 über den Steckverbindersockel 10 vorsteht. Der Keil 11 verjüngt sich zu seinem vorstehenden Ende 12 hin konisch.
Mit einer oberen Keilseitenflache 13 liegt der Keil 11 an
einer rückseitigen oberen Gehäusewand 14 des Gehäuses 1 an. Mit einer unteren Keilseitenfläche 15 liegt der Keil 11 an
der oberen Leiterplattenfläche 16 an. Unterhalb der Leiterplatte 3, d.h. an einer vom Steckverbinder 4 abgewandten
Seite der Leiterplatte 3, liegt diese an seitlich am Gehäuse 1 angeordneten, wärmeleitenden Auflageflächen 17 auf.
Die obere Gehäusewand 14 ist gegenüber den seitlichen Auflageflächen
17 und dadurch auch gegenüber der daran anliegenden Leiterplatte 3 konisch angeordnet, um beim Einschieben
der Leiterplatte 3 in das Gehäuse 1 das Anpressen der
Leiterplatte 3 an die wärmeleitenden Auflageflächen 17
durch den konischen Keil zusätzlich zu verstärken. Eine
weitere Auflagefläche 18 an einem hinteren Ende des Gehäuses 1 fixiert die Leiterplatte 3 in ihrer Lage und leitet
ebenfalls Wärmeenergie ab. Die Wärmeenergie ist von den
Auflageflächen 17, 18 auf das Gehäuse ableitbar, da dieses aus Metall hergestellt ist.
Leiterplatte 3 an die wärmeleitenden Auflageflächen 17
durch den konischen Keil zusätzlich zu verstärken. Eine
weitere Auflagefläche 18 an einem hinteren Ende des Gehäuses 1 fixiert die Leiterplatte 3 in ihrer Lage und leitet
ebenfalls Wärmeenergie ab. Die Wärmeenergie ist von den
Auflageflächen 17, 18 auf das Gehäuse ableitbar, da dieses aus Metall hergestellt ist.
Unterhalb der in der Nähe der Auflageflächen 17 angeordneten
Bauelemente 2 weist die Multilayer-Leiterplatte 3
Durchkontaktierungen 19 auf, die sowohl mit einem Wärmeabgabebereich 20 der Bauelemente 2 als auch mit einer Zwischenschicht
der Leiterplatte 3 wärmeleitend verbunden
sind.
Durchkontaktierungen 19 auf, die sowohl mit einem Wärmeabgabebereich 20 der Bauelemente 2 als auch mit einer Zwischenschicht
der Leiterplatte 3 wärmeleitend verbunden
sind.
Eine Dichtung 21 ist am Umfang des Steckverbinderkörpers 9 angeordnet und im Bereich der öffnung 8 an das Gehäuse 1
dichtend angepreßt.
dichtend angepreßt.
Erfindungsgemäß ist die Leiterplatte 3 bei abgenommenen
Deckel 5 von vorn in das Einschubgehäuse 1 einschiebbar und wird beim Einschieben durch den in Einschubrichtung sich
konisch verjüngenden Keil 11 auf die wärmeleitenden Auflageflächen 17 gepreßt. Denn der Keil 11 liegt mit der oberen Keilseitenfläche 13 an einer oberen Gehäusewand 14 an und
drückt die Leiterplatte 3 mit der unteren Keilseitenfläche 15 beim Einschieben mit zunehmender Kraft gegen die Auflageflächen 17. Über den Wärmeabgabebereich 20 der Bauelemente
2 wird überschüssige Wärmeenergie über die Durchkontaktierungen 19 auf eine Zwischenschicht der Leiterplatte und von dieser durch den engen Kontakt zuverlässig auf die wärmeleitende Auflageflächen 17, 18 und damit an das wärme-
Deckel 5 von vorn in das Einschubgehäuse 1 einschiebbar und wird beim Einschieben durch den in Einschubrichtung sich
konisch verjüngenden Keil 11 auf die wärmeleitenden Auflageflächen 17 gepreßt. Denn der Keil 11 liegt mit der oberen Keilseitenfläche 13 an einer oberen Gehäusewand 14 an und
drückt die Leiterplatte 3 mit der unteren Keilseitenfläche 15 beim Einschieben mit zunehmender Kraft gegen die Auflageflächen 17. Über den Wärmeabgabebereich 20 der Bauelemente
2 wird überschüssige Wärmeenergie über die Durchkontaktierungen 19 auf eine Zwischenschicht der Leiterplatte und von dieser durch den engen Kontakt zuverlässig auf die wärmeleitende Auflageflächen 17, 18 und damit an das wärme-
leitende Gehäuse 1 weitergeleitet. Durch die zusätzliche Wärmeabgabeoberfläche von Auflageflächen 17, 18 bzw. Gehäuse
1 ist die Kühlung der Bauelemente 2 erheblich verbessert.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei sind im wesentlichen zwei Geräte des vorhergehenden
Ausführungsbeispiels achsensymmetrisch zur Achse A-A zusammengesetzt. Je ein Steckverbinder 4', 4" ist an einer
Leiterplatte 3' bzw. 3" angelötet. An den Rückseiten sind beide Steckverbinder 4', 4" durch ein Distanzmittel 22 mit
Abstand zueinander angeordnet und in entgegengesetzte Richtung ausgerichtet. Die Steckverbinder 41, 4" sind nicht
starr miteinander verbunden, sondern liegen lediglich aneinander an und werden beim Zusammenstecken der Steckverbinder
4', 4" mit den Gehäusen &Ggr;, 1" über die Dichtungen
21', 21" an das Distanzmittel angedrückt. Alternativ kann
aber auch eine starre Befestigung zwischen den Steckverbindern 41, 4" und dem Distanzmittel 22 vorgesehen sein. Dadurch
bilden die Steckverbinder 4', 4" mit den Leiterplatten 3', 3" eine starre Einheit. Seitlich an den Steckverbindern
4', 4" ist ein langgestreckter und einteiliger Keil II1 mit zwei sich konisch verjüngenden Enden 12', 12" befestigt.
Die Enden greifen jeweils zwischen die oberen Gehäusewände 14' bzw. 14" und die Leiterplatten 3' bzw. 3" ein.
Dadurch sind die separaten Leiterplatten 3' bzw. 3" gegen die Auflageflächen 17' bzw. 17" preßbar, so daß die überschüssige
Wärmeenergie abgeleitet werden kann. Die Leiterplatten 3' bzw. 3" können starr oder flexibel miteinander
verbunden sein.
Bei einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform ist statt den Leiterplatten 3', 3" in den Gehäusen &Ggr;, 1"
nur eine Leiterplatte angeordnet, wobei die Steckverbinder 4', 4" in entgegengesetzte Richtung ausgerichtet über einer
Leiterplattenfläche aufgesetzt sind und parallel zur Leiterplattenfläche
nicht über die Leiterplatte vorstehen.
Claims (11)
1. Elektrisches Gerät mit Bauelementwärmeableitung, insbesondere ein Schalt- und Steuergerät für Kraftfahrzeuge, mit
einer in einem Gehäuse (1, 1', 1") angeordneten Leiterplatte (3, 3', 3"), die mit elektrischen Bauelementen (2)
bestückt ist, deren Wärmeenergie auf die Leiterplatte (3, 3', 3") ableitbar ist, und einem Steckverbinder (4, 41,
4"), der einen mit der Leiterplatte (3, 3', 3") verbundenen Teil mit benachbart einer Leiterplattenfläche (16, 16',
16") angeordnetem Steckverbindersockel (10, 10', 10") aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterplatte (3, 3', 3") auf innen am Gehäuse (1, 1', 1") ausgebildeten wärmeleitfähigen Auflageflächen (17,
17', 17") aufliegt und das Gerät zumindest einen Keil (11, 11') aufweist, dessen erste Keilseitenfläche (15, 15', 15")
an der Leiterplattenfläche (16, 16', 16") anliegt und der
mit einer Abstützfläche (14, 14', 14") am Gehäuse (1, 1',
1") in Eingriff steht, um die Leiterplatte (3, 3', 3") gegen die Auflageflächen (17, 17', 17") zu pressen.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
zumindest eine Keil (11, 11') zwischen Steckverbinder (4, 41, 4") und der Leiterplatte (3, 3', 3") angeordnet ist und
in Richtung parallel zur Leiterplattenfläche (16, 16', 16") über den Steckverbindersockel (10, 10', 10") vorsteht, wo-
bei sich eine der ersten Keilseitenfläche (15, 15', 15")
gegenüberliegende Keilseitenfläche (13, 13', 13") an der
Abstützfläche (14, 14', 14") am Gehäuse (1, I1, 1") abstützt.
3. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (3, 3', 3") mit dem
daran angelöteten Teil des Steckverbinders (4, 4', 4") und dem Keil (11, II1) von einer Stirnseite entlang der Auflageflächen
(17, 17", 17") in das Gehäuse (1, 1', 1") einschiebbar
ist.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Keil (11, 11') sich zum Ende (12, 12', 12") hin konisch
verjüngt.
5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Keile (11, 11') an gegenüberliegenden
Randbereichen der Leiterplatte (3, 3', 3"), insbesondere
parallel zur Einschubrichtung und seitlich an der Leiterplatte (3, 3', 3"), angeordnet sind.
6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageflächen (17, 17', 17") und
die Abstützfläche (14, 14', 14") konisch zueinander angeordnet sind.
7. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützfläche eine Wandfläche einer über einer Leiterplattenfläche
(16, 16', 16") liegenden Trennwand, insbesondere der oberen Gehäusewand (14, 14', 14") ist.
8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein mit zwei benachbart angeordneten
Steckverbindern (41, 4") verbundener und mit seinen
beiden Enden (121, 12") über den jeweiligen Steck-
··· ltd* «·
verbindersockel (&Igr;&Ogr;1, 10") vorstehender Keil (11') parallel
zur Einschubrichtung der Leiterplatte bzw. den Leiterplatten (3', 3") angeordnet ist.
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit zwei benachbart angeordneten Steckverbindern (4', 4")
verbundener Keil (H') zwei nebeneinander angeordnete separate Leiterplatten (31, 3") gegen Auflageflächen (17', 17")
preßt.
10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Bauelemente (2), deren Wärme abzuleiten
ist, auf der Leiterplatte (3, 3', 3") in der Nähe des Keils (11, 11') , insbesondere in der Nähe einer seitlichen Gehäusewand,
angeordnet sind.
11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmeabgabefläche (20) der Bauelemente (2) an der Leiterplattenfläche
(16, 16', 16") anliegt, darunterliegende Durchkontaktierungen (19) zum Ableiten der Wärmeenergie zu
einer Schicht, insbesondere einer wärmeleitenden Zwischenschicht, in der Leiterplatte (3, 3', 3") vorgesehen sind
und die Leiterplatte (3, 3', 3") einen an den Auflageflächen
(17, 17', 17") anliegenden Wärmeabgabebereich aufweist.
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Family Applications (1)
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