WO2013034354A1

WO2013034354A1 - Steuergerät

Info

Publication number: WO2013034354A1
Application number: PCT/EP2012/064398
Authority: WO
Inventors: Josef Loibl; Roland Friedl; Herbert WALLER
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2013-03-14
Also published as: DE102011082259A1

Abstract

Steuergerät (1) für eine Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs, aufweisend ein Gehäuseelement (4) mit einer Anlagefläche (4a), mittels welcher das Steuergerät (1) an eine korrespondierende Oberfläche einer in Bezug auf die Getriebesteuerung separaten Trageinrichtung thermisch anbindbar ist, wobei an dem Gehäuseelement (4) wenigstens ein Entwärmungsarm (7) zur Anbindung an der Trageinrichtung gebildet ist.

Description

Steuergerät

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 .

Gattungsgemäße Steuergeräte für Getriebesteuerungen im Kraftfahrzeug, insbesondere für mechatronische Getriebesteuerungen, werden im Stand der Technik in einem konventionellen Gehäuse aufgenommen und am Getriebe festgelegt, z. B. unmittelbar oder mittelbar über einen Komponententräger. Zur Entwärmung des Steuergeräts wird regelmäßig ein thermisch leitfähiger Gehäuseboden gegen eine als Wärmesenke dienende Abstützfläche gedrängt, z. B. mittels einer Verschraubung oder Vernietung nahe oder in dem Gehäuseboden. Derartige Lösungen zeigen z. B. die Druckschriften DE 10 2004 061 818 A1 und DE 10 2007 061 1 1 6 A1 .

Nachteilig hierbei ist, dass die derart gebildeten Steuergeräte, welche ein derart konventionell gebildetes Gehäuse aufweisen, hinsichtlich ihrer Entwärmungsmöglichkeit und der Wahl ihres Einbauortes im Getriebe Beschränkungen unterworfen sind.

Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät anzugeben, welches diese Nachteile überwindet und insbesondere verbessert entwärmbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Steuergerät, gemeinhin auch als E-Box bekannt, für eine Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine mechatronische Getriebesteuerung bzw. ein mechatronisches Getriebesteuermodul, welche bzw. welches im Getriebe des Kraftfahrzeugs aufgenommen werden kann, z. B. im Fluidsumpf. Derartige Getriebesteuerungen weisen Sensoren und Aktoren auf, welche über elektrische Ankontaktierungen und Verbindungsleitungen mit dem Steuergerät verbunden sind. Bevorzugt ist das Steuergerät äußerst robust mittels einer Leiterplatte, insbesondere einer FR4-Leiterplatte gebildet, an welcher die Steuerelektronik des Steuergeräts aufgenommen ist. Die FR4-Leiterplatte kann hierbei als mehrlagige, hoch- integrationsfähige Leiterplatte gebildet sein, und vorteilhaft gleichzeitig als Komponententräger einer mittels des Steuergeräts bildbaren mechatronischen Steuerung bzw. eines Getriebesteuermoduls dienen, z. B. zusammen mit mechanischen Halteelementen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist das Steuergerät ein Gehäuseelement mit einer Anlagefläche auf, mittels welcher das Steuergerät an eine korrespondierende Oberfläche einer in Bezug auf die Getriebesteuerung separaten Trageinrichtung thermisch anbindbar ist, d. h. wärmeleitend. Das Gehäuseelement ist dazu vorgesehen, Bauelemente insbesondere Leistungsbauelemente der Steuergeräteelektronik zu schützen, insbesondere einzuhäusen, und diese zu entwärmen. Hierzu können die Bauelemente bevorzugt thermisch leitfähig an das Gehäuseelement ankontaktiert sein. Die Anlagefläche ist hierbei bevorzugt an einer den Bauelementen abgewandten Seite des Gehäuseelements gebildet.

Das Steuergerät ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur unmittelbaren Anbindung an die Trageinrichtung vorgesehen. Die Trageinrichtung wird bevorzugt durch ein Getriebegehäuse oder eine Schaltplatte, i.e. eine hydraulische Schaltplatte, gebildet.

Das zur Entwärmung vorgesehene bzw. thermisch an die Trageinrichtung anbindbare Gehäuseelement ist bevorzugt massiv gebildet und weiterhin bevorzugt eine Bodenplatte des Steuergeräts. Ein solches insbesondere massiv gebildetes Gehäuseelement kann vorteilhaft eine hohe Wärmekapazität aufweisen und eine gute Wärmeverteilung bewirken, zudem als robuster Träger für die weiteren Komponenten des Steuergeräts bzw. einer damit gebildeten Getriebesteuerung dienen.

Um ein hinsichtlich seiner Entwärmungsmöglichkeit verbessertes Steuergerät bereitzustellen, weist das Steuergerät im Rahmen der vorliegenden Erfindung wenigstens einen an dem Gehäuseelement gebildeten Entwärmungsarm zur Anbindung an der Trageinrichtung auf. Der Entwärmungsarm ist bevorzugt integral, insbesondere einstü- ckig, mit dem Gehäuseelement gebildet, insbesondere in einem gemeinsamen Fertigungsschritt, und weiterhin insbesondere derart, dass die Anlagefläche des Steuergeräts zur thermischen Anbindung an der Trageinrichtung gegenüber der durch das Gehäuseelement bereitgestellten Anlagefläche vergrößert ist, insbesondere deutlich. Die zusätzlich durch den Entwärmungsarm bereitgestellte Anlagefläche liegt bei bevorzugten Ausführungsformen im Bereich größer 30 % der durch das Gehäuseelement gebildeten Anlagefläche, insbesondere im Bereich um 50%. Bevorzugt bilden die Anlagefläche des Gehäuseelements und die Anlagefläche des Entwärmungsarms eine zusammenhängende Anlagefläche.

Bevorzugt ist der Entwärmungsarm ebenfalls massiv, insbesondere mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität, gebildet. Insbesondere bei hoher Struktursteifigkeit desselben kann der Entwärmungsarm vibrationsfest an einem von dem Gehäuseelement deutlich entfernten Ort an der Trageinrichtung befestigt werden.

Der insbesondere struktursteif bzw. massiv gebildete wenigstens eine Entwärmungsarm kann neben einer thermischen Anbindung an die Trageinrichtung vorteilhaft zur mechanischen Anbindung des Steuergeräts an die Trageinrichtung ausgebildet sein, insbesondere zur Festlegung an einem von der Gehäuseelement-Anlagefläche entfernten Montageort, so dass mittels des Entwärmungsarmes auch Fixierpunkte für die Festlegung des Steuergeräts an einer Trageinrichtung eröffnet werden können, welche mit herkömmlichen Gehäusen nicht zur Verfügung stehen. Zur Befestigung kann der Entwärmungsarm bevorzugt eine auf einfache Weise herzustellende Gewindebohrung aufweisen, welche eine dauerhaft zuverlässige thermische und mechanische Anbindung an die Trageinrichtung ermöglicht.

Bevorzugt ist die Gestalt des Entwärmungsarms hierbei auf die jeweilige, individuelle Trageinrichtungsgeometrie abgestimmt, so dass die Ausgestaltungsmöglichkeiten von Getriebeumgebungen gegenüber jenen im Stand der Technik erweitert werden, d. h. das Variantenmanagement wird erheblich erleichtert. Befestigungspunkte müssen nicht länger unmittelbar im Bereich des Steuergerätes bzw. der E-Box vorgehalten werden. Vorgesehen ist, dass die Formgebung des wenigstens einen Entwärmungsarms mit Strukturen an der Oberfläche der Trageinrichtung korrespondiert und/oder dieser ausgebildet ist, sich zwischen denselben zu erstrecken. Derartige Strukturen können z. B. durch Sensoren, Aktoren oder Stecker in der Getriebeumgebung, die Trageinrich- tungsoberfläche als solche oder weitere Elemente gebildet sein.

Eine am jeweiligen Entwärmungsarm zur thermischen Anbindung an der Trageinrichtung durch diesen gebildeten Anlagefläche kann bevorzugt der Oberflächenstruktur bzw. Kontur der Trageinrichtung angepasst sein, so dass sich eine optimierte Entwär- mung des Steuergeräts über die Trageinrichtung durch korrespondierende Anlageflächen erzielen lässt.

Zur Bildung eines wie vorstehend beschriebenen Steuergeräts wird vorgeschlagen, sowohl das Gehäuseelement als auch den Entwärmungsarm als Aluminium- Druckgussteil zu fertigen, insbesondere in einem einzigen Fertigungsschritt und weiterhin insbesondere einstückig. Mittels Aluminium-Druckguss kann ein Entwärmungsarm auch komplexer Form ausgebildet werden, so dass eine plane Anlagefläche zur Anbindung desselben an die Trageinrichtung nicht mehr zwingend erforderlich ist. Denkbar ist hierbei auch, die Anlagefläche des Gehäuseelements unplan bzw. an eine individuelle Trageinrichtungsgeometrie angepasst auszubilden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist auch vorgesehen, dass das Steuergerät eine Mehrzahl von Entwärmungsarmen aufweist, welche sämtlich wie vorstehend erläutert gebildet sein können. Hinsichtlich ihrer Ausgestaltung können die Entwär- mungsarme hierbei untereinander divergieren, insbesondere in Abhängigkeit der zur Anbindung an dieselben vorgesehenen Trageinrichtungsgeometrie.

Vorgeschlagen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine Baugruppe mit einem wie vorstehend beschriebenen Steuergerät, wobei das Steuergerät Bestandteil einer Getriebesteuerung der Baugruppe ist, insbesondere einer mechatroni- schen Getriebesteuerung oder eines mechatronischen Getriebesteuermoduls. Die Baugruppe weist weiterhin eine Trageinrichtung auf, welche in Bezug auf die Getriebesteuerung separat gebildet ist, insbesondere wie vorstehend für das Steuergerät ausgeführt in Form einer Schaltplatte oder eines Getriebegehäuses, wobei das Steuergerät an der Trageinrichtung mittels wenigstens eines Entwärmungsarmes angebunden ist, insbesondere thermisch leitfähig und/oder mechanisch.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 exemplarisch eine Draufsicht auf ein Steuergerät gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 exemplarisch das Steuergerät von Fig. 1 in einer Ansicht von unten.

In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Figs. 1 und 2 zeigen ein Steuergerät 1 für eine Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs, welches in Sandwichbauweise gebildet ist, und insbesondere zur Integration in ein mittels des Steuergeräts 1 bildbares mechatronisches Getriebesteuermodul vorgesehen ist. Ein erstes deckelndes Gehäuseelement 2 des Steuergeräts 1 ist hierbei an der Oberseite 3a einer Leiterplatte 3 angeordnet, Fig. 1 , ein zweites, als Bodenplatte gebildetes Gehäuseelement 4 an der Unterseite 3b der Leiterplatte 3, s. Fig. 2. Zur Schaffung eines robusten Steuergerätegehäuses ist das erste Gehäuseelement 2 mittels insgesamt sechs, jeweils paarig gegenüberliegend angeordneten Verschraubun- gen 5 über entsprechende Bohrungen in der Leiterplatte 3 mit dem zweiten Gehäuseelement 4 verschraubt. Die Anordnung der Verschraubungen 5 ist nicht auf die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Form beschränkt, sondern kann beliebig vorgesehen werden, solange eine Verbindung des ersten Gehäuseelementes 2 mit dem zweiten Gehäuseelement 4 unter Zwischenlage der Leiterplatte 3 erzielbar ist. An der Leiterplatte 3, welche als FR4-Leiterplatte, insbesondere als mehrlagige Leiterplatte ausgebildet ist, ist eine elektronische Steuerschaltung 6 des Steuergeräts 1 aufgenommen, wobei elektronische Bauelemente derselben mittels des ersten 2 und zweiten 4 Gehäuseelements eingehäust und somit geschützt sind. Zur Anbindung der elektronischen Steuerschaltung 6 an weitere Komponenten einer mechatronischen Getriebesteuerung wie zum Beispiel Sensoren, Aktuatoren, Stecker, o.ä., weist die Leiterplatte 3 Schnittstellen 3c auf, welche an einem das erste 2 und zweite 4 Gehäuseelement seitlich überragenden Umfangsrandabschnitt der Leiterplatte 3 gebildet sind.

Die an der Unterseite 3b der Leiterplatte 3 angeordnete Bodenplatte bzw. das zweite Gehäuseelement 4 ist zur Entwärmung des Steuergeräts 1 , insbesondere zur Entwärmung von Leistungsbauelementen desselben, thermisch leitfähig an die Steuerschaltung 6 gekoppelt. Um eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Wärmekapazität zu ermöglichen, ist die Bodenplatte 4 massiv als Aluminiumdruckgussteil gefertigt. Abwärme aus dem Steuergerät 1 kann über eine - zur Verdeutlichtung durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 abgegrenzt - Anlagefläche 4a der Bodenplatte, welche zur thermischen Anbindung an eine Trageinrichtung in Form eines Getriebegehäuses vorgesehen ist, an die Trageinrichtung abgeführt werden, das heißt das Steuergerät 1 entwärmt werden.

Mit der Bodenplatte 4 integral gebildet ist ein Entwärmungsarm 7, welcher mittels einer daran gebildeten Anlagefläche 7a die seitens der Bodenplatte 4 bereitgestellte Anlagefläche 4a zur thermischen Anbindung an die Trageinrichtung, das heißt an eine korrespondierende Anlagefläche derselben, vergrößert. Der Entwärmungsarm 7 ist als prolongierter Fortsatz an der Bodenplatte 4 gebildet und weist eine Form auf, welche auf die Oberflächengeometrie der vorgesehenen Trageinrichtung abgestimmt ist, insbesondere hinsichtlich seiner Anlagefläche 7a.

Der derart gebildete Entwärmungsarm 7 erlaubt, sich zwischen erhabenen Strukturen an einer Trageinrichtung flächenbündig mit der Oberfläche der Trageinrichtung zu erstrecken, so dass eine Fläche bzw. Flächenbereiche zur Entwärmung über die Trageinrichtung nutzbar gemacht werden können, welche zwischen erhabenen Strukturen der Trageinrichtung zur Verfügung stehen, im Stand der Technik jedoch nicht zur Ent- wärmung verfügbar sind.

Der hinsichtlich seiner Formgebung dazu notwendigerweise komplex und dennoch massiv gebildete Entwarmungsarm 7 ist in einem einzigen Fertigungsschritt zusammen mit der Bodenplatte 4 als einstückiges Aluminiumdruckgussteil hergestellt. Insbesondere das Aluminium-Druckgussverfahren erlaubt auf einfache Weise eine solch komplexe Formgebung.

Der Entwarmungsarm 7 weist an einem in Bezug auf das zweite Gehäuseelement 4 distalen Ende 7b einen Anschraubpunkt 8 auf, welcher die Festlegung des Steuergeräts 1 und insbesondere eines damit gebildeten Getriebesteuermoduls vom zweiten Gehäuseelement 4 entfernt ermöglicht, so dass ein im Stand der Technik benötigter Anschraubpunkt nahe oder in der Bodenplatte 4 entbehrlich ist. Der Anschraubpunkt 8 ist vorteilhaft einfach als Gewindebohrung gebildet, welche in dem massiven Aluminum-Druckgussteil einfach zu realisieren ist. Teure Gewindebuchsen, wie diese bisweilen im Stand der Technik verwendet werden, sind nicht nötig.

Durch die insbesondere massive und struktursteife Ausbildung sowohl der Bodenplatte 4 als auch des damit integral gebildeten Entwärmungsarms 7 ist vorteilhaft eine verwindungsarme Befestigung in einer Getriebeumgebung trotz des entfernten Befestigungspunkts und somit eine vibrationsfeste Anordnung ermöglicht. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, ist ein weiterer Anschraubpunkt 9 zur Festlegung des Steuergeräts an der vorgesehenen Trageinrichtung an der Bodenplatte 4 bereitgestellt, wobei ein solcher alternativ oder zusätzlich auch an einem weiteren Entwärmungsarm 7 angeordnet sein kann. Bezuqszeichen

Steuergerät

erstes Gehäuseelement

Leiterplatte

a Leiterplattenoberseite

b Leiterplattenunterseite

c Schnittstelle

zweites Gehäuseelementa Anlagefläche 4

Verschraubung

Steuerschaltung

Entwärmungsarm

a Anlagefläche 7

b distales Ende 7

Anschraubpunkt

weiterer Anschraubpunkt

Claims

Patentansprüche

1 . Steuergerät (1 ) für eine Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs, aufweisend ein Gehäuseelement (4) mit einer Anlagefläche (4a), mittels welcher das Steuergerät (1 ) an eine korrespondierende Oberfläche einer in Bezug auf die Getriebesteuerung separaten Trageinrichtung thermisch anbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuseelement (4) wenigstens ein Entwärmungsarm (7) zur Anbindung an der Trageinrichtung gebildet ist.

2. Steuergerät (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung des Entwärmungsarms (7) mit Strukturen an der Oberfläche der Trageinrichtung korrespondiert und/oder dieser ausgebildet ist, sich zwischen denselben zu erstrecken.

3. Steuergerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Entwärmungsarm (7) zur mechanischen Anbindung des Steuergeräts (1 ) an der Trageinrichtung, insbesondere an einem von der Gehäuseelement-Anlagefläche entfernten Montageort, ausgebildet ist.

4. Steuergerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Entwärmungsarm (7) zur thermisch leitfähigen Anbindung an der Trageinrichtung mittels einer durch diesen gebildeten Anlagefläche (7a) ausgebildet ist.

5. Steuergerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (4) eine Bodenplatte des Steuergeräts (1 ) bildet.

6. Steuergerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (4) und/oder der Entwärmungsarm (7) als Aluminium-Druckgussteil gefertigt sind, insbesondere jeweils massiv.

7. Steuergerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1 ) eine Mehrzahl von Entwärmungsarmen (7) aufweist.

8. Steuergerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (4a) des Gehäuseelements (4) unplan gebildet ist, insbesondere auf die Trageinrichtungsgeometrie abgestimmt.

9. Baugruppe mit einem Steuergerät (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Steuergerät (1 ) Bestandteil einer Getriebesteuerung der Baugruppe ist, wobei die Baugruppe weiterhin eine Trageinrichtung aufweist, welche in Bezug auf die Getriebesteuerung separat gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1 ) an der Trageinrichtung mittels wenigstens eines Entwärmungsarmes (7) angebunden ist, insbesondere thermisch leitfähig und/oder mechanisch.

10. Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebesteuerung eine mechatronische Getriebesteuerung ist, in welche das Steuergerät integriert ist, insbesondere ein Getriebesteuermodul.