DE102020207712A1

DE102020207712A1 - Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102020207712A1
Application number: DE102020207712.6A
Authority: DE
Inventors: Kai-Fabian Bürkle; Kurt Walz
Original assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2021-12-23
Also published as: US11964539B2; CN113895207A; US20210394585A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (148), insbesondere für eine elektrische Heizvorrichtung (100) mit einem PTC-Element als Zusatzheizer in einem Kraftfahrzeug, mit einem Steuergehäuse (146), in dem eine mit zumindest einem Leistungsschalter (308) bestückte Leiterplatte (122, 300) vorgesehen ist, der über ein elastisches Vorspannelement unter Vorspannung wärmeleitend gegen eine Kühlfläche (510) angelegt ist. Die vorliegende Erfindung will eine Steuervorrichtung angeben, die eine gute Wärmeübertragung zwischen dem Leistungsschalter und der Kühlfläche erlaubt und mit geringen Bauteilen auskommt und die sich damit leichter und kostengünstiger herstellen lässt, und schlägt dazu vor, das Vorspannelement aus einem Längenstück eines mit zumindest einer Durchgangsöffnung extrudierten weichelastischen Kunststoffteils (550) auszubilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, insbesondere für eine elektrische Heizvorrichtung mit einem PTC-Element als Zusatzheizer in einem Kraftfahrzeug.
Steuervorrichtungen insbesondere für elektrische Heizvorrichtungen mit einem keramischen PTC-Element zur Beheizung von Kraftfahrzeugen sind im Stand der Technik hinreichend beschrieben, so beispielsweise in EP 1 872 986 A1 oder EP 2 337 425 A1 . Eine Steuervorrichtung in einer solchen elektrischen Heizvorrichtung hat üblicherweise ein Steuergehäuse, welches die Steuerkomponenten umgibt und mit Steckanschlüssen zur Verbindung von Steuersignalen und/ oder den zu steuernden Leistungsstrom versehen ist. Die zuvor beschriebenen Beispiele wie auch die elektrische Heizvorrichtung aus EP 3 334 242 A1 verwirklichen ein Konzept, bei dem die Steuervorrichtung integral mit dem Leistungsteil vorgesehen ist. Die Steuervorrichtung hat zumindest einen Leistungsschalter, der beim Betrieb Verlustleistung abgibt. Diese wird üblicherweise dem zu erwärmenden Medium zugeführt. Dementsprechend ist der Leistungsschalter nicht nur mit einem Kühlkörper versehen, der die Verlustleistung abführt und dementsprechend einer Überhitzung des Leistungsschalters entgegenwirkt. Der Kühlkörper ist vielmehr thermisch mit dem zu erwärmenden Fluid gekoppelt. Der Kühlkörper kann dazu in einer Heizkammer vorgesehen sein, die von dem Aufnahmeraum des Steuergehäuses durch eine Trennwand getrennt ist, in welcher der an dem Leistungsschalter anliegende Teil des Kühlkörpers aufgenommen ist. Üblicherweise wird dabei zwischen der Aufnahmekammer des Steuergehäuses und der Heizkammer eine Trennwand vorgesehen, die sowohl die Heizkammer wie auch die Aufnahmekammer des Steuergehäuses begrenzt. Dieses Steuergehäuse kann dabei auch Kontaktzonen von PTC-Heizeinrichtungen in sich aufnehmen, die üblicherweise in die Heizkammer hineinragen und zumindest ein PTC-Element umfassen. So wird das Innere des Steuergehäuses im Stand der Technik auch als Anschlusskammer bezeichnet, da die Kontaktzonen in dieser Kammer elektrisch angeschlossen sind.
Die zuvor erwähnten Merkmale gelten auch für die Verwirklichung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung in einer elektrischen Heizvorrichtung mit einem keramischen PTC-Element als Zuheizer.
Steuervorrichtungen in der Kraftfahrzeugtechnik unterliegen den dort herrschenden Bedingungen. Die Steuerkomponenten innerhalb der Steuervorrichtung werden erheblichen Vibrationen ausgesetzt. Es versteht sich, dass das Steuergehäuse möglichst dicht sein muss, sodass weder Staub noch Feuchtigkeit in das Steuergehäuse eindringen kann. Die verbauten Komponenten müssen aber nicht nur vibrationsfest vorgesehen sein. Es wird eine Konstruktion angestrebt, die mit möglichst wenig Bauteilen die gewünschte Funktionalität bereitstellt. Dabei sollten die Bauteile sich leicht herstellen lassen, skalierbar sein und im Rahmen der Herstellung unempfindlich zu handhaben sein. Die Bauteile müssen über die Lebensdauer des Kraftfahrzeuges und trotz der oben genannten Bedingungen funktionsfähig bleiben.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere mit dem Problem befasst, den Leistungsschalter wärmeleitend unter Vorspannung gegen einen Kühlkörper anzulegen. Hierzu hat es bereits im Stand der Technik nicht an Vorschlägen gefehlt.
So offenbart beispielsweise EP 1 395 098 A1 eine Steuervorrichtung einer elektrischen Heizvorrichtung mit einem PTC-Element, bei welcher ein Kühlkörper unmittelbar wärmeleitend gegen einen auf einer Leiterplatte montierten Leistungsschalter anliegt und auf der dem Leistungsschalter gegenüberliegenden Seite von der Leiterplatte abragt. Der Kühlkörper und der Leistungsschalter werden von einer C-förmigen Federklaue umgriffen, die die beiden Bauteile unter Vorspannung gegeneinander angelegt hält.
Bei dem aus US 5,812,375 bekannten Konstruktionsprinzip wird der Leistungsschalter unter Zwischenlage einer elektrisch isolieren Folie gegen die Oberfläche einer Wärmesenke angelegt, die in eine Aufnahmeöffnung einer Leiterplatte eingreift, mit deren Leiterbahnen der Leistungsschalter elektrisch verbunden ist. Auf der der Wärmesenke gegenüberliegenden Seite liegt ein in Querschnitt U-förmiges elastomeres Bauteil gegen den Leistungsschalter ab, welches sich an einem Gehäusedeckel des Steuergehäuses abstützt. Dafür hat der Gehäusedeckel einen Vorsprung, der von dem im Querschnitt U-förmigen Vorspannmittel umgriffen ist.
DE 100 34 572 A1 offenbart eine Steuervorrichtung für einen Zusatzhalter eines Kraftfahrzeugs, bei welcher von einem Gehäusedeckel ein zumindest partiell elastischer Pressvorsprung abragt, der gegenüberliegend zu einem Kühldom vorgesehen ist, der wärmeleitend mit der Heizkammer gekoppelt ist. Zwischen dem Pressvorsprung und dem Kühldom ist ein Leistungsschalter angeordnet, der unter Zwischenlage einer gegebenenfalls elastischen, wärmeleitenden jedoch elektrisch isolierenden Folie gegen den Kühldom anliegt.
Zur vibrationsfreien Abstützung der Leiterplatte an einem Gehäuseboden eines Steuergehäuses, schlägt DE 196 00 619 A1 ein auf den Leistungsschalter wirkendes Vorspannmittel in Form eines Elastomerstreifens vor, welcher den Leistungsschalter und dazwischen Lage der Leiterplatte gegen einen äußeren Rand des Steuergehäuses andrückt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen lassen noch Wünsche offen. Die aus DE 196 00 619 A1 vorbekannte Lösung ist nicht immer in der Praxis anwendbar, da diese Lösung einen erhabenen Randbereich bedingt, gegen den die Leiterplatte anliegt. Der Randbereich der Steuervorrichtung befindet sich bei einer elektrischen Heizvorrichtung mit baulicher Einheit aus Steuerteil und Leistungsteil nicht immer unterhalb des Randbereichs des Steuergehäuses.
Des Weiteren muss mitunter eine gewisse Höhe zwischen dem Leistungsschalter und einem Gehäusedeckel überbrückt werden, sodass der aus DE 196 00 619 A1 bekannte Elastomerstreifen für die Anlage des Leistungsschalters unter Vorspannung gegen einen Kühlkörper ungeeignet ist.
Im Hinblick darauf schlägt die auf die vorliegende Anmelderin zurückgehende EP 2 466 989 A1 ein Tragwerk vor, welches zwischen dem Gehäusedeckel und einer Leiterplatte vorgesehen ist und einen elastischen Niederhalter aus einem kompressiven Kunststoff abstützt, der die Leiterplatte durchragt und gegen einen Leistungsschalter anliegt, um diesen unter Vorspannung gegen die Kühlfläche einer Wärmesenke anzulegen, die wärmeleitend mit der Heizkammer verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung will eine Steuervorrichtung angeben, die eine gute Wärmeübertragung zwischen dem Leistungsschalter und der Kühlfläche erlaubt und mit geringeren Bauteilen auskommt, als die aus EP 2 466 989 A1 vorbekannte Lösung und die sich damit leichter und kostengünstiger herstellen lässt.
Zur Lösung des obigen Problems wird mit der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung mit dem Merkmal von Anspruch 1 vorgeschlagen.
Bei dieser Lösung besteht das Vorspannelement aus einem Längenstück eines mit zumindest einer Durchgangsöffnung extrudierten weichelastischen Kunststoffteils.
Das Kunststoffteil ist als Meterware extrudiert. So lässt sich das Vorspannelement kostengünstig herstellen. Als Kunststoff zur Herstellung des Vorspannelementes kommt insbesondere Silikon oder ein anderer, insbesondere warmfester und erheblich kompressibler bzw. verformbarer Kunststoff infrage. Im Hinblick auf die Warmfestigkeit ist als Kunststoff ein Duroplast oder ein Elastomer zu bevorzugen.
Das Vorspannelement hat zumindest eine Durchgangsöffnung. Die Durchgangsöffnung erstreckt sich herstellungsbedingt in Extrusions- und damit Längsrichtung des Kunststoffteils. Die zumindest eine Durchgangsöffnung erhöht das Vermögen des Vorspannelementes, elastische Vorspannungen durch Formänderung des Kunststoffteils dauerhaft zu speichern. So erfolgt die vorspannende Anlage des Leistungsschalters gegen die Kühlfläche nicht bloß aufgrund einer Vorspannkraft, die sich durch die Kompressibilität des Kunststoffteils ergibt. Vielmehr ist durch spezifische Formgebung des als Formteils ausgebildeten Vorspannelementes aus Kunststoff die gewünschte Vorspannkraft eingestellt. Dabei kann das Vorspannelement mehrere Durchgangsöffnungen in einer Richtung im Wesentlichen quer zu der Übertragungsrichtung der Vorspannkraft nebeneinander und/ oder übereinander aufweisen. Die Durchgangsöffnung kann jede beliebige Querschnittsform haben. Die Durchgangsöffnung kann rechteckig, rund, oval, polygonal oder im Querschnitt unregelmäßig sein.
Bevorzugt ist das Vorspannelement innen gegen einen Deckel des Steuergehäuses angelegt, wobei der Deckel eine das Vorspannelement formschlüssig haltende Ausbuchtung aufweist. Dadurch wird das Vorspannelement trotz einer relativ unspezifischen Gestaltung jedenfalls in der Länge formschlüssig durch den Deckel über einer Leiterplatte innerhalb des Steuergehäuses gehalten und positioniert.
Das Vorspannelement kann auch Formschlussflächen ausbilden, die den Leistungsschalter und/ oder die Leiterplatte, spezifisch Gegenflächen der Leiterplatte formschlüssig umgreifen. Bei der ersten Alternative bildet das weichelastische Kunststoffteil durch Extrusion ausgebildete Formschlussflächen aus, die mit der Kontur des Leistungsschalters zusammenwirken, um diesen in Übertragungsrichtung der Vorspannkraft unterhalb des Vorspannelementes zu positionieren und zu fixieren. Bei der zweiten Alternative wird davon ausgegangen, dass sich der Leistungsschalter bevorzugt auf einer Seite der Leiterplatte befindet, die der eigentlichen Heizkammer der elektrischen Heizvorrichtung zugewandt ist, wohingegen sich das Vorspannelement gegen den Deckel des Steuergehäuses abstützt und dementsprechend auf der der Heizkammer gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte vorgesehen ist. Die Vorspannkraft wird dementsprechend nicht unmittelbar auf den Leistungsschalter übertragen. Vielmehr wird die Vorspannkraft auf die Leiterplatte und von dieser auf den Leistungsschalter übertragen, sodass der Leistungsschalter unter Vorspannung wärmeleitend gegen eine Kühlfläche angelegt ist, die einer wärmeleitend mit der Heizkammer verbundenen Wärmesenke zugeordnet ist. Die Weiterbildung entlastet den Leistungsschalter mechanisch insoweit, als dass eine Vorspannkraft zu keiner Relativbewegung zwischen den Anschlüssen des Leistungsschalters und der Leiterplatte führt. Vielmehr werden die Leiterplatte zusammen mit dem Leistungsschalter in Richtung auf die Kühlfläche vorgespannt gehalten.
Ein Leistungsschalter nach der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise durch einen MOSFET oder ein IGBT gebildet sein. Die Anlage gegen die Kühlfläche kann dabei unter Zwischenlage einer elektrisch isolierenden Folie, beispielsweise einer Polyimid-Folie erfolgen, um die Kühlfläche elektrisch von dem Leistungsschalter zu entkoppeln, gleichwohl aber eine gute Wärmeleitung von dem Leistungsschalter auf die Kühlfläche zu ermöglichen.
Das als Kunststoff-Formteil ausgebildete Vorspannelement kann für sich mehrere in einer Reihe nebeneinander auf der Leiterplatte angeordnete Leistungsschalter unter Vorspannung gegen eine oder mehrere Kühlflächen anlegen. Ein solches einheitliches Formteil überbrückt regelmäßig die Zwischenräume zwischen benachbarten Leistungsschaltern auf der Leiterplatte ohne dort eine Vorspannwirkung zu erzielen. Bevorzugt überragt ein solches Längenstück des Kunststoffteils die Leistungsschalter jeweils an ihren Außenseiten, sodass durch die mit der Vorspannung einhergehende Verformung die Leistungsschalter in Längsrichtung des Längenstücks formschlüssig gehalten und begrenzt sind.
Bei einer alternativen Ausgestaltung weist das Vorspannelement mehrere Vorspannkörper auf, die jeweils einem Leistungsschalter zugeordnet sind. Jeder der entsprechenden Vorspannkörper hat zumindest eine, bevorzugt mehrere der zuvor erwähnten Durchgangsöffnungen in einer bereits zuvor diskutierten Anordnung und Ausrichtung relativ zur Übertragungsrichtung der Vorspannkraft. Diese Vorspannkörper sind in einem einheitlichen Vorspannelement integriert. Dazu sind benachbarte Vorspannkörper jeweils über einen sich quer zu der jeweiligen Durchgangsöffnung erstreckenden Verbindungssteg miteinander verbunden. Dieser Verbindungssteg kann zur Anpassung des Querabstandes der Vorspannkörper verformt werden. Diese Verformung kompensiert etwaige Lageabweichungen der Leistungsschalter nach der Montage auf der Leiterplatte. Im Hinblick auf eine gute Anpassbarkeit des Querabstandes der einzelnen Vorspannkörper ist der Verbindungssteg bevorzugt in Form eines Filmscharniers ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass das Vorspannelement als extrudiertes Kunststoffteil mit spezifischen Abmessungen hergestellt werden kann. Die Menge, Ausrichtung und Anordnung der Durchgangsöffnung zueinander erlaubt mitunter eine recht hohe Verformbarkeit bzw. Kompressibilität, sodass das aus Kunststoff gebildete Formteil in unterschiedlichen Steuervorrichtungen zur Anwendungen kommen kann. Das Vorspannelement kann dementsprechend als Endlosware der Fertigung zur Verfügung gestellt und in geeigneten Längenstücken als Vorspannelement in die Steuervorrichtung eingebaut werden.
Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich dementsprechend kostengünstig verwirklichen. Endlos zugeführtes Material lässt sich auf Längenstücke zur Ausbildung von Vorspannelementen unterschiedlicher Steuervorrichtungen nutzen, die mitunter andere dimensionale Vorgaben bezüglich des Abstandes zwischen dem Leistungsschalter und einem Steuergehäusedeckel, gegen den sich das Vorspannelement abstützt, und/ oder bezüglich Form und Anzahl der Leistungsschalter.
Die einzelnen Vorspannkörper können insbesondere für den formschlüssigen Umgriff eines standardmäßigen Leistungsschalters angepasst ausgebildet sein, wobei der Verbindungssteg die Nutzung dieser Ausgestaltung auch bei unterschiedlich ausgebildeten Steuervorrichtungen erlaubt, soweit die Leistungsschalter bevorzugt in einer Reihe nebeneinander vorgesehen sind.
Gemäß deren nebengeordneten Aspekt schlägt die vorliegende Erfindung eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 9 vor. Diese elektrische Heizvorrichtung hat in der bereits aus EP 2 466 989 A1 bekannten Weise eine Anschlusskammer und eine Heizkammer, wobei die Anschlusskammer von dem Steuergehäuse umgeben ist und die Heizkammer von dem Heizergehäuse. Zwischen der Anschlusskammer und der Heizkammer ist eine Trennwand vorgesehen. Diese Trennwand bildet üblicherweise sowohl einen Abschluss der Heizkammer wie auch einen Abschluss des Steuergehäuses. Im Hinblick darauf wird die Trennwand nachstehend auch als Boden des Steuergehäuses bezeichnet. Von der Trennwand ragt zumindest eine PTC-Heizeinrichtung als Heizrippe in das Heizergehäuse hinein. Die PTC-Heizeinrichtung kann steckkontaktiert in der Trennwand aufgenommen oder in anderer Weise relativ dazu positioniert und festgelegt sein. Die PTC-Heizeinrichtung hat zumindest ein PTC-Element und zur Bestromung desselben mit unterschiedlicher Polarität mit diesem elektrisch leitend verbundene Leiterbahnen. Die Leiterbahnen sind in dem Steuergehäuse elektrisch angeschlossen. Sie ragen dazu in die Anschlusskammer hinein und können mit der Leiterplatte, die auch den Leistungsschalter trägt, oder einen anderen Leiterplatte, die zur Gruppierung von Heizkreisen umfassend mehrere PTC-Heizeinrichtungen vorgesehen ist, steckkontaktiert sein. In der Heizkammer liegt eine Wärmesenke frei, die wärmeleitend mit einer in der Anschlusskammer vorgesehenen Kühlfläche verbunden ist. Gegen diese Kühlfläche liegt der Leistungsschalter an, sodass die von dem Leistungsschalter abgegebene Verlustleistung auch zum Erwärmen des in der Heizvorrichtung zu erwärmenden Fluids genutzt werden kann. Dieses Fluid kann ein flüssiges Fluid oder ein gasförmiges Fluid insbesondere Luft sein.
Die Vorspannung wird dabei durch das zuvor bereits diskutierte Vorspannelement bestehend aus einem Längenstück eines Kunststoffteils bewirkt, das zumindest eine Durchgangsöffnung aufweist, die sich in Extrusionsrichtung des extrudierten Längenstücks erstreckt. Dieses Vorspannelement stützt sich üblicherweise an einem Gehäusedeckel d.h. an der der Trennwand gegenüberliegenden Seite an einer Innenfläche des Steuergehäuses ab, die die Anschlusskammer umgibt. Ein dort üblicherweise vorgesehener Gehäusedeckel kann die zuvor erwähnte Ausbuchtung zur formschlüssigen Halterung und Fixierung des Vorspannelementes aufweisen. Dabei dient die Verformung des Blechmaterials, welches üblicherweise den Gehäusedeckel ausformt, auch der Versteifung des Gehäusedeckels. Mithin kann der Kühlkörper und damit die üblicherweise in Übertragungsrichtung der Vorspannkraft in Verlängerung dieser Kühlfläche vorgesehene Wärmesenke an jeder beliebigen Stelle innerhalb der Heizkammer vorgesehen sein. Durch die Verformung des Deckels des Steuergehäuses lässt sich dessen Steifigkeit auch bei der Wahl eines relativ dünnen Blechmaterials so einstellen, dass das Vorspannelement an jeder gewünschten Position innerhalb des Steuergehäuses angeordnet werden kann.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigt:

1 eine perspektivische Explosionszeichnung eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizvorrichtung;
2 eine Draufsicht auf ein mit einer Leiterplatte versehenes Gehäuseoberteil;
3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III gemäß der Darstellung in 2;
4 eine perspektivische Draufsicht auf eine Leiterplatte
5 eine Ansicht gemäß 2 für eine alternative Ausgestaltung eines Vorspannelementes.

Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung 100 mit einem mehrteiligen Gehäuse, das ein aus Kunststoff gebildetes Gehäuseunterteil 102 und ein mittels Druckguss einteilig aus Metall ausgebildetes Gehäuseoberteil 104 umfasst.
Das Gehäuseunterteil 102 ist wannenförmig ausgebildet und umschließt eine Heizkammer 106, zu der von einem Boden 106 abragende Ein- und Auslassstutzen 110 vorgesehen sind. Diese Ein- und Auslassstutzen 110 sind einteilig mit dem Gehäuseunterteil 102 mittels Spritzgießen ausgeformt.
Die Ein- und Auslassstutzen 110 überragen den Boden 108. Sie gehen rechtwinklig von einer durch den Boden 106 gebildeten ebenen Fläche ab.
Zwischen dem Gehäuseoberteil 104 und dem Gehäuseunterteil 102 ist in der Figur eine Vielzahl von PTC-Heizeinrichtungen 112 dargestellt, die innerhalb der PTC-Heizeinrichtungen 112 vorgesehene PTC-Elemente aufweisen, die über Leiterbahnen elektrisch leidend kontaktiert sind. Die Leiterbahnen werden über Kontaktzungen 114 elektrisch angeschlossen. Die PTC-Heizeinrichtungen 112 sind steckkontaktiert in dazu vorgesehenen Aufnahmen 116 einer Trennwand 117 des Gehäuseoberteils 104 gehalten. Details dieser Ausgestaltung sind in der auf die Anmelderin zurückgehenden EP 3 334 242 A1 beschrieben.
Zwischen dem Gehäuseunterteil 102 und dem Gehäuseoberteil 104 sind weitere Elemente der Heizvorrichtung 100 dargestellt. Mit Bezugszeichen 118 ist ein Hochvolt-Steckelement gekennzeichnet, das mit dem Gehäuseunterteil 104 verschraubt wird und bis in eine Anschlusskammer 120 des Gehäuseoberteils 104 hineinragende Kontaktelemente aufweist. Diese Kontaktelemente sind mit einer mit Bezugszeichen 122 gekennzeichneten Leiterplatte elektrisch verbunden, die in dem wannenförmigen Gehäuseoberteil 104 aufgenommen werden kann. Mit Bezugszeichen 124 ist eine Dichtung gekennzeichnet, die das Gehäuseunterteil 102 gegenüber dem Gehäuseoberteil 104 und damit die Heizkammer 106 abdichtet.
Ein mit elastischen Vorsprüngen versehenes Halteelement 126 hat die einzelnen PTC-Heizeinrichtungen 112 jeweils einzeln aufnehmende Heizungseinrichtungsaufnahmen 128, die mit der Außenumfangsfläche der einzelnen PTC-Heizeinrichtungen 112 verkrallen. Im montierten Zustand ist das Halteelement 126 auch form- und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuseunterteil 104 verbunden.
Oberhalb des Gehäuseoberteils 104 und unterhalb der Leiterplatte 122 ist eine Kontaktierungseinrichtung 130 angeordnet, die sämtliche Kontaktzungen 114 elektrisch anschließt und einzelnen PTC-Heizeinrichtungen 112 zu Heizkreisen gruppiert. Über von der Kontaktierungseinrichtung 130 abragende Kontaktzungen 132 wird eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktierungseinrichtung 130 und der Leiterplatte 122 hergestellt. Mit der Leiterplatte 122 verbunden und von dieser abragend ist mit Bezugszeichen 134 ein Steuersignal-Steckelement gezeigt. Dieses Steuersignal-Steckelement 134 ist gegen die Leiterplatte 122 verschraubt.
Oberhalb der Leiterplatte 122 ist eine weitere umlaufende Dichtung 136 und ein Steuergehäusedeckel 138 gezeigt, durch welches die Anschlusskammer 120 des Gehäuseoberteils 104 abgedeckt und abgedichtet wird.
Verbindungsstangen 140 hintergreifen nach der Montage Verriegelungsvorsprünge 142, die an dem Gehäuseunterteil 102 und dem Gehäuseoberteil 104 vorgesehen sind, um die beiden Teile 102, 104 formschlüssig und unverlierbar miteinander zu verbinden. Details hierzu sind in der EP 2 796 804 A1 beschrieben.
Der Steuergehäusedeckel 138 bildet zusammen mit dem Gehäuseoberteil 104 und der Dichtung 136 ein Steuergehäuse 146 aus. Dabei bilden der Steuergehäusedeckel 138 und das Gehäuseoberteil 104 aufgrund ihrer metallischen Werkstoffe eine Abschirmung um die in diesem Steuergehäuse 146 aufgenommene Steuervorrichtung 148, die im Wesentlichen durch die Leiterplatte 122 gebildet ist. Von dem Steuergehäuse 146 ragt in Richtung der Steckelemente 118, 134 Unterstützen 110 eine Leiterplatte 150 ab. Dieser Anschlussbolzen dient dem Anschluss des metallischen Steuergehäuses 146 an eine Massephase und ist mit dem Steuergehäuse 146 verschraubt.
In 1 kennzeichnet Bezugszeichen 152 eine Ausbuchtung des Steuergehäusedeckels 138.
Die 3 lässt die dort mit Bezugszeichen 300 gekennzeichnete bestückte Leiterplatte 300 erkennen, die mit einseitig mit generell mit Bezugszeichen 306 gekennzeichneten Bauelementen bestückt ist, zu denen auch Leistungsschalter 308 gehören. Wie in 2 links zu erkennen, sind Leistungsstrom und Kontaktelemente 442 des Hochvolt-Steckelements 118 nach 1 unmittelbar in der Leiterplatte 300 kontaktiert, wozu diese Kontaktzungenaufnahmen 304 aufweist. Ein Bezugszeichen 446 gekennzeichneter Isoliersteg ist in einer T-förmigen Aufnahme der Leiterplatte 300 aufgenommen, um die Luft- und Kriechstrecke zwischen einzelnen Leistungsstromkontaktelementen 442 zu vergrößern.
Die Leistungsschalter 308 liegen flächig und unter Zwischenlage der Leiterplatte 300 gegen Kühlflächen 510 an, die durch das Gehäuseoberteil 104, speziell die Trennwand 117 ausgebildet werden. Die Leiterplatte 300 ist im Bereich der Leistungsschalter 308 besonders wärmeleitend modifiziert. Bereits 3 lässt erkennen, dass ein der jeweiligen Kühlfläche 510 zugeordneter und eine Wärmesenke ausbildender Kühldom 512 in 3 jeweils nach rechts versetzt ist. Der Kühldom 512 ist auch leicht nach innen und in Richtung auf die Heizkammer 106 versetzt. Der Kühldom 512 ist als längliche Rippe ausgeformt und liegt in der Heizkammer 106 frei.
Die 4 verdeutlicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines mit Bezugszeichen 550 gekennzeichneten und ein Vorspannelement im Sinne der vorliegenden Erfindung ausbildenden Kunststoffteils. Dieses Kunststoffteil 550 ist von einem Halbzeug abgetrennt und auf Länge geschnitten. Das Kunststoffteil 550 überragt drei Leistungsschalter 308, die auf der Leiterplatte 300 vorgesehen sind. Das Kunststoffteil 550 ist mittels Extrusion hergestellt. Das Kunststoffteil 550 ist von mehreren Durchgangsöffnungen 552 durchsetzt, die sich in Längsrichtung des Kunststoffteils 550 und damit in Extrusionsrichtung durchgängig durch das Kunststoffteil 550 erstrecken und dementsprechend durchgehende Kanäle in dem Kunststoffteil 550 ausbilden. Bei dem Ausführungsbeispiel sind vier Durchgangsöffnungen 552 in einer unteren Reihe und vier Durchgangsöffnungen 552 in einer darüber liegenden Reihe übereinander vorgesehen. Dementsprechend sind zwei Durchgangsöffnungen 552 in der Übertragungsrichtung der Vorspannkraft, die rechtwinklig auf die Leiterplatte 300 trifft, übereinander vorgesehen.
Wie 4 verdeutlicht, ist die dem Leistungsschalter 308 zugewandte Unterseite des Kunststoffteils 550 nach außen rampenförmig und nach innen mit einem Vorsprung versehen, sodass das Kunststoffteil 550 an einer Schrägfläche des Leistungsschalters 308 anliegt und diesen an seiner der Mitte der Leiterplatte 300 zugewandten Innenfläche formschlüssig umgibt. Damit ist das Kunststoffteil 550 quer zu seiner Längserstreckung gegenüber den jeweiligen Leistungsschalter 308 fixiert.
In 4 endet das Kunststoffteil 550 in Längsrichtung mit dem ersten bzw. dem letzten Leistungsschalter 308 der in Reihe auf der Leiterplatte 300 vorgesehenen Leistungsschalter 308. Das Kunststoffteil 550 ist bei geschlossenem Steuergehäuse umfänglich formschlüssig in der Ausbuchtung 152 des Steuergehäusedeckels 138 gehalten.
Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Extrusionsrichtung des Kunststoffteils 550 quer zur Längserstreckung der Leiterplatte 300. Auch hier erstrecken sich die Durchgangsöffnungen 552 in Extrusionsrichtung. Das Kunststoffteil weist drei über Verbindungsstege 554 miteinander verbundene Vorspannkörper 556 auf. Die Verbindungsstege 554 erstrecken sich in einer Ebene parallel zu der Leiterplatte 300. Diese Ebene wird in Richtung auf die Leiterplatte von Begrenzungsstegen 558 überragt, die jeweils paarweise zu jedem Vorspannkörper 556 vorgesehen sind, wobei die paarweise vorgesehenen Begrenzungsstege 558 jeweils zwischen sich den oberen Bereich des Leistungsschalters 308 aufnehmen und diesen formschlüssig umschließen. Ersichtlich sind die Verbindungsstege 554 mittig durch ein Filmscharnier 560 miteinander verbunden.
Bei der in 5 gezeigten Ausgestaltung ist der Seitenabstand benachbarter Leistungsschalter 308 so gewählt, dass die Vorspannkörper 556 jeweils in Übertragungsrichtung der Vorspannkraft über den Leistungsschaltern 308 angeordnet sind, wobei die Begrenzungsstege 558 im Wesentlichen geradlinig zwischen dem Vorspannkörper 556 erstrecken. Liegen die Leistungsschalter 308 enger beieinander ergibt sich eine Aufwölbung der Verbindungsstege 454, wobei diese auf Höhe der Filmscharniere 560 knicken können. So lässt sich der Seitenabstand ohne erheblichen Widerstand durch das Kunststoffteil 550 verkleinern. Vergrößert sich der Seitenabstand der Leistungsschalter 308 kann das einheitliche Kunststoffteil 550 entweder im Bereich der Filmscharniere 560 gedehnt, gegebenenfalls auch plastisch gedehnt werden. Alternativ können die einzelnen Vorspannkörper mittig voneinander getrennt und damit das zunächst einheitlich durch Extrusion hergestellte Kunststoffteil 550 in einzelne Vorspannkörper 556 vereinzelt werden.
Bezugszeichenliste

100: Heizvorrichtung
102: Heizergehäuse
104: Gehäuseoberteil
106: Heizkammer
108: Boden
110: Ein- und Auslassstutzen
112: PTC-Heizeinrichtung
114: Kontaktzungen
116: Aufnahmen
117: Trennwand
118: Hochvolt-Steckelement
120: Anschlusskammer
122, 300: Leiterplatte
124, 136: Dichtung
126: Halteelement
128: Heizungseinrichtungsaufnahmen
130: Kontaktierungseinrichtung
132: Kontaktzungen
134: Steuersignal-Steckelemente
138: Steuergehäusedeckel
140: Verbindungsstangen
142: Verriegelungsvorsprung
146: Steuergehäuse
148: Steuervorrichtung
150: Anschlussbolzen
152: Ausbuchtung
304: Kontaktzungenaufnahmen
306: Bauelemente
308: Leistungsschalter
400: Temperaturfühler
440: Leistungsstromstecker
442: Leistungsstromkontaktelemente
446: Isoliersteg
454: Verbindungsstege
480: Steuerstromstecker
500: Vorspannelement
510: Kühlfläche
512: Kühldom
516: Innenfläche des Kühldoms
550: Kunststoffteil
552: Durchgangsöffnungen
554: Verbindungsstege
556: Vorspannkörper
560: Filmscharnier

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1872986 A1 [0002]
EP 2337425 A1 [0002]
EP 3334242 A1 [0002, 0032]
EP 1395098 A1 [0006]
US 5812375 [0007]
DE 10034572 A1 [0008]
DE 19600619 A1 [0009, 0010, 0011]
EP 2466989 A1 [0012, 0013, 0026]
EP 2796804 A1 [0037]

Claims

Steuervorrichtung (148), insbesondere für eine elektrische Heizvorrichtung (100) mit einem PTC-Element als Zusatzheizer in einem Kraftfahrzeug, mit einem Steuergehäuse (146), in dem eine mit zumindest einem Leistungsschalter (308) bestückte Leiterplatte (122, 300) vorgesehen ist, der über ein elastisches Vorspannelement unter Vorspannung wärmeleitend gegen eine Kühlfläche (510) angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement ein Längenstück eines mit zumindest einer Durchgangsöffnung extrudierten weichelastischen Kunststoffteils (550) ist.
Steuervorrichtung (148) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement innen gegen einen Steuergehäusedeckel (138) des Steuergehäuses (146) anliegt und dass der Steuergehäusedeckel (138) eine das Vorspannelement formschlüssig haltende Ausbuchtung (152) aufweist.
Steuervorrichtung (148) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuergehäusedeckel (138) aus einem Metallblech gebildet ist und dass die Ausbuchtung(152) eine das Blechteil versteifende Wirkung hat.
Steuervorrichtung (148) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Durchgangsöffnungen (552) in einer Richtung im Wesentlichen quer zur Übertragungsrichtung der Vorspannkraft nebeneinander vorgesehen sind.
Steuervorrichtung (148) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Durchgangsöffnungen (552) längs der Übertragungsrichtung der Vorspannkraft übereinander vorgesehen sind.
Steuervorrichtung (148) einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement Formschlussflächen (558) ausbildet, die den Leistungsschalter (308) und/oder der Leiterplatte (122, 300) zugeordnete Gegenflächen formschlüssig umgreifen.
Steuervorrichtung (148) einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement zwischen mehreren Leistungsschaltern (308) und einem Steuergehäusedeckel (138) vorgesehen ist und die mehreren Leistungsschalter (308) zwischen dem Steuergehäusedeckel (138) und zugeordneten Kühlflächen (510) vorgespannt gehalten sind.
Steuervorrichtung (148) einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement mehrere Vorspannkörper (556) aufweist, die jeweils einem der Leistungsschaltern (308) zugeordnet und über einen sich quer zu der mindestens eine Durchgangsöffnung (552) erstreckenden Verbindungssteg (558), insbesondere in Form eines Filmscharniers (560), miteinander verbunden sind.
Elektrische Heizvorrichtung (100) mit einem eine Anschlusskammer (120) umgebenden Steuergehäuse (146) und einem eine Heizkammer (106) umgebenden Heizergehäuse (102), die über eine Trennwand (117) voneinander getrennt sind, von der zumindest eine PTC-Heizeinrichtung (112) als Heizrippe in das Heizergehäuse (102) hineinragt, wobei die PTC-Heizeinrichtung (112) zumindest ein PTC-Element und zur Bestromung des PTC-Elementes mit unterschiedlicher Polarität mit diesem elektrisch leitend verbundene Kontaktzungen (114), die in dem Steuergehäuse (146) elektrisch angeschlossen sind, aufweist, wobei in der Heizkammer (106) eine Wärmesenke (512) freiliegt, die wärmeleitend mit einer in der Anschlusskammer (120) vorgesehenen Kühlfläche (510) verbunden ist, und wobei in der Anschlusskammer (120) eine mit zumindest einem Leistungsschalter (308) bestückte Leiterplatte (122, 300) vorgesehen ist, der über ein elastisches Vorspannelement unter Vorspannung wärmeleitend gegen eine Kühlfläche (510) angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement ein Längenstück eines mit zumindest einer Durchgangsöffnung extrudierten weichelastischen Kunststoffteils (550) ist.