WO2020011613A1 - Nebenaggregat - Google Patents

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Publication number
WO2020011613A1
WO2020011613A1 PCT/EP2019/067812 EP2019067812W WO2020011613A1 WO 2020011613 A1 WO2020011613 A1 WO 2020011613A1 EP 2019067812 W EP2019067812 W EP 2019067812W WO 2020011613 A1 WO2020011613 A1 WO 2020011613A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
partition
circuit board
conducting
electronics
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/067812
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Schmitt
Original Assignee
Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg filed Critical Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg
Publication of WO2020011613A1 publication Critical patent/WO2020011613A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2211/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to measuring or protective devices or electric components
    • H02K2211/03—Machines characterised by circuit boards, e.g. pcb

Definitions

  • the invention relates to an auxiliary unit of a motor vehicle.
  • the auxiliary unit is, in particular, an electromotive refrigerant compressor.
  • the air conditioning system has a refrigerant circuit which comprises a refrigerant compressor, a condenser connected downstream thereof and an evaporator connected downstream of the fluid technology. In terms of fluid technology, this is followed by a further heat exchanger which is in thermal contact with a blower line leading into the interior of the motor vehicle or with any energy cells of the high-voltage energy store.
  • the refrigerant circuit is filled with a refrigerant, such as R134a, R1234yf or C02.
  • the refrigerant compressor increases the pressure of the refrigerant, which leads to an increase in the temperature of the refrigerant. This is conducted to the capacitor, which is in thermal contact with an environment of the motor vehicle. In this case, the temperature of the refrigerant is reduced, which in turn is expanded to the original pressure in the downstream evaporator, which is why the temperature of the refrigerant is further reduced.
  • thermal energy is transferred from the component thermally contacted with the heat exchanger to the refrigerant, which leads to cooling of the component and heating of the refrigerant. leads.
  • the heated refrigerant is fed back to the refrigerant compressor to close the refrigerant circuit.
  • a compressor head which is driven by an electric motor which is arranged in a compartment of a housing.
  • the electric motor is usually designed to be brushless, with the individual electrical coils being energized by means of a bridge circuit on a printed circuit board which has a number of power semiconductor switches. During operation, the electrical coils heat up, which leads to increased electrical resistance. To avoid this, the compartment in which the electric motor is located is flushed with the refrigerant to remove the heat.
  • the circuit board is usually arranged within an electronics compartment of the same housing of the refrigerant compressor and is firmly connected to the housing, for example by means of clips or screws.
  • the partition wall can bulge out into the electronics compartment. If the circuit board were attached to this partition, it could be damaged and / or an electrical contact between the circuit board and the electrical coils could be interrupted. This partition can therefore not be used for fastening, although this would be the most suitable for cooling the printed circuit board.
  • the invention is based on the object of specifying a particularly suitable auxiliary unit of a motor vehicle, with in particular reliability and preferably manufacturing costs being reduced. According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1. Advantageous further developments and refinements are the subject of the subclaims.
  • the auxiliary unit is part of a motor vehicle.
  • the auxiliary unit is a pump, in particular a water or oil pump, such as a lubricant pump.
  • the auxiliary unit is an adjustment drive, such as a steering support, so-called power steering, a window regulator or an electric seat adjustment.
  • the auxiliary unit is suitably electrically contacted to an on-board electrical system of the motor vehicle in the assembled state and is energized by means of it.
  • the auxiliary unit is particularly suitable for this.
  • the vehicle electrical system is a low-voltage electrical system and carries, for example, an electrical voltage of 12 volts, 24 volts or 48 volts.
  • the electrical voltage which is applied to the auxiliary unit during operation or which has the vehicle electrical system is 288 volts, 450 volts, 650 volts or 830 volts.
  • the auxiliary unit is coupled with a BUS system, in particular a LIN or CAN bus.
  • the auxiliary unit particularly preferably has an electrical machine, which is, for example, a generator or an electric motor.
  • the electric motor is, for example, a brushed commutator motor.
  • the electric motor is particularly preferably designed to be brushless and suitably a brushless DC motor (BLDC).
  • BLDC brushless DC motor
  • the electric motor is, for example, an asynchronous motor or a synchronous motor.
  • the auxiliary unit is particularly preferably a refrigerant compressor, which is in particular an electromotive refrigerant compressor.
  • the electromotive refrigerant compressor is suitably a component of a refrigerant circuit of the motor vehicle, by means of which, for example, the interior of the motor vehicle is tempered and / or an energy store of the motor vehicle is cooled during operation.
  • the electric motor see cold compressor a compressor head, for example a scroll compressor.
  • a refrigerant for example a chemical refrigerant such as R134a or R1234yf, is particularly preferably compressed by means of the electromotive refrigerant compressor.
  • C02 is used as the refrigerant.
  • the auxiliary unit has a housing that includes an electronics compartment and another compartment.
  • the housing is preferably made of a metal, such as an aluminum, that is to say pure aluminum or an aluminum alloy, in particular as an aluminum die-cast part.
  • the housing is expediently in one piece.
  • the electronics compartment and the further compartment are separated from one another in a pressure-tight manner by means of a partition.
  • the two compartments are expediently delimited with the partition, so that the partition is located between the two compartments and abuts them.
  • the partition expediently delimits the electronics compartment and / or the further compartment.
  • the electronics compartment and / or the further compartment are surrounded by further components of the housing and / or further component of the auxiliary unit, so that at least one of the compartments, preferably both compartments, is essentially closed.
  • the partition is preferably essentially flat.
  • the housing is designed essentially in the shape of a hollow cylinder, the partition wall advantageously being arranged essentially perpendicular to the cylinder axis.
  • the electronics compartment is preferably arranged at one end of the housing and closed, for example, by means of a cover placed on the end face.
  • the partition is expediently used to separate two areas with different static pressures.
  • there is an atmospheric pressure inside the electronics compartment which is preferably less than the pressure on the opposite side of the partition.
  • Electronics is arranged in the electronics compartment and comprises a printed circuit board.
  • Electronics is, for example, power electronics.
  • a number of electrical and / or electronic components are connected to the circuit board, so that an electrical circuit is implemented by means of the circuit board and the components.
  • the electronics only include the printed circuit board or a further printed circuit board.
  • the printed circuit board is expediently made of a glass fiber reinforced epoxy resin, on the outside of which printed conductors are attached and / or in which they are embedded.
  • the conductor tracks are expediently made of copper, for example by means of etching.
  • the circuit board is expediently arranged parallel to the partition or at least part of the partition.
  • a heat source is connected to the circuit board.
  • the heat source During operation, the heat source generates an excess of heat, which would lead to destruction of the printed circuit board and / or the complete electronics, in particular if it is not continued.
  • the heat source preferably has a comparatively large area.
  • the heat source is essentially flat and / or has a comparatively large flat surface.
  • the heat source is provided by means of a component that is attached to the circuit board.
  • the heat source is mechanically applied to the partition by means of a thermal gel and a thermal pad.
  • the circuit board is mechanically contacted with the partition wall via the heat source, the heat-conducting gel and the heat-conducting pad.
  • the thermal gel and the thermal pad are thermally connected in series between the heat source and the partition.
  • the heat-conducting pad and the heat-conducting gel are thus layered between the heat source and the partition, so that a layer structure is realized.
  • the heat-conducting gel and the heat-conducting pad are stacked one above the other, the main direction of expansion of which is expediently essentially Chen is parallel to the circuit board and / or to the partition.
  • the thermal pad and the thermal gel are also mechanically arranged in series between the heat source and the partition.
  • it is particularly preferred that only the heat-conducting pad and the heat-conducting gel are arranged between the heat source and the partition. As a result, heat transfer is improved.
  • the thermal pad is in particular elastically and / or plastically deformable and is preferably flexible.
  • a deformation of the partition wall is compensated for in particular by means of the heat-conducting pad, so that when a force acts on the partition wall and a consequent deformation of the partition wall, this force is compensated for by means of the heat-conducting pad.
  • the thermal pad is deformed.
  • the force is not transferred or only reduced to the heat source and the circuit board, which is why damage is prevented during operation.
  • manufacturing and / or component tolerances are compensated for by means of the heat-conducting gel. Any existing air slots are expediently filled during assembly by means of the heat-conducting gel.
  • the heat-conducting gel is in particular elastically and / or plastically deformable.
  • the electronics Since a comparatively efficient heat dissipation from the heat source is made possible, it is also possible for the electronics to have only the printed circuit board by means of which all functions of the electronics are provided. In particular, only the printed circuit board is arranged in the electronics compartment. For example, power semiconductors and comparatively sensitive components are arranged on the printed circuit board, and comparatively safe operation is made possible due to the heat-conducting pad and the heat-conducting gel.
  • the heat source is electrically insulated from the partition by means of the heat-conducting gel and the heat-conducting pad, which enables comparatively safe operation.
  • the thermal gel is located between the thermal pad and the partition.
  • the heat-conducting pad is particularly preferably located between the heat-conducting gel and the partition.
  • the heat-conducting pad is expediently mechanically directly against the partition. Consequently, deformations of the partition wall take place during operation by means of the heat-conducting pad before the force causing the deformations is exerted on the heat-conducting gel. Alternatively, the deformations are absorbed in the thermal gel.
  • the heat-conducting gel is preferably spaced apart from the partition, so that the action of a force on the heat-conducting gel when the partition is deformed is substantially prevented.
  • the thermal pad is spaced from the circuit board and / or the heat source.
  • the heat-conducting gel is expediently located between the heat-conducting pad and the heat source.
  • the heat-conducting pad is first placed on the partition and then the heat-conducting gel is placed on the heat-conducting pad and is preferably attached in each case. Only then is the circuit board inserted into the electronics compartment, which simplifies assembly.
  • the thermal gel is a thermal paste.
  • the heat-conducting gel is thus, for example, pasty in the assembled state.
  • the heat-conducting gel is a plastically deformable mass.
  • the heat-conducting gel is particularly preferably a hardened liquid.
  • the heat-conducting gel is created using a liquid that has hardened, for example due to oxidation or crosslinking.
  • the heat-conducting gel is a solid after hardening, which can still be elastically deformable.
  • the solid is not or only elastically and / or plastically deformable to a comparatively small extent. This makes it possible to use a thermal gel with a comparatively high thermal coefficient.
  • the liquid phase of the heat-conducting gel is applied to the heat source and / or the heat-conducting pad and then cured thereafter.
  • the heat-conducting gel is a so-called gap filler.
  • it is Thermally conductive gel, a vulcanizing and / or addition-curing silicone material.
  • the heat-conducting pad is in particular a Gappad, which is made in particular from a silicone elastomer or PU material.
  • the heat-conducting gel is, for example, a gap filler, in particular of the “putty type”.
  • the gap filler is expediently a plastically deformable mass, for example in the form of a mat or similar to a so-called plasticine.
  • the gap filler is preferably relatively plastically deformable.
  • the gap filler is made of a silicone compound and, for example, "SARCON ® PG80A" from the manufacturer Fujipoly.
  • the gap filler comprises two components that harden after mixing.
  • the gap filler is formed by means of the two components.
  • the heat-conducting gel is a two-component gap filter.
  • the gap filler is preferably an elastic mass.
  • the gap filler is expediently installed in the liquid state.
  • the gap filler is, for example, “GF3500LV” from the manufacturer Bergquist / Henkel. Alternatively, it is
  • Thermally conductive gel is a thermal paste which, for example, only comprises one component and does not harden.
  • the thermal paste is expediently a silicone thermal paste based on a silicone matrix and e.g. "TGR-S-SI" from the manufacturer Hala Contec GmbH & Co. Kg.
  • the thermal pad includes, for example, an electrically insulating film, such as a ceramic-filled silicone or PU film.
  • the thermal pad includes an insulation film made, for example, of "Kapton ®” from the manufacturer DuPont. Kapton ® MT + "from the manufacturer DuPont is expediently used.
  • the insulation film is coated.
  • the coated film is, for example, “Sil-Pad ® K-10” from Bergquist / Henkel.
  • the film is made of PU, and expediently “U 90” from the manufacturer Kerafol.
  • the heat-conducting pad is preferably a Gappad and suitably thicker than a film.
  • the thickness of the gap pad is preferably greater than 0.5 mm, 1 mm, 2 mm or 5 mm.
  • the Gappad is particularly elastically deformable, wise at ambient conditions.
  • the Gappad is, for example, "Gap Pad ® HC 5.0" from Bergquist / Henkel.
  • the heat source is, for example, a semiconductor, in particular a power semiconductor, or at least comprises this.
  • the power semiconductor is preferably connected to the printed circuit board, in particular mechanically attached to it and / or electrically contacted with it.
  • the power semiconductor is a surface mount component (SMD).
  • the power semiconductor is, for example, a power semiconductor diode.
  • the power semiconductor is particularly preferably a power semiconductor switch, such as an IGBT or field-effect transistor (FET).
  • FET field-effect transistor
  • the power semiconductor switch is particularly preferably a DirectFET.
  • the heat source preferably comprises a plurality of such power semiconductors (switches). During operation, a comparatively high electrical current / large electrical voltage is carried by means of the power semiconductor, so that any heat generated is also comparatively large.
  • the power semiconductor is a component of any bridge circuit, for example a B4 or B6 circuit, which is used, in particular, to operate any electric motor that may be present.
  • the heat source is a copper surface connected to the printed circuit board or at least comprises this.
  • the copper surface is preferably created in the same manufacturing step in which any conductor tracks of the circuit board are created.
  • the copper surface is preferably in one piece with the conductor tracks or at least one of the conductor tracks and is thus at least partially formed by means of this, for example.
  • a comparatively large area of the copper layer which may be present is not removed and this is used as the copper surface.
  • the copper surface is electrically contacted with a conductor track and / or an electrical component.
  • the copper surface is electrically isolated from other components of the printed circuit board and / or the electronics.
  • the circuit board Due to the copper surface, the circuit board is cooled comparatively efficiently during operation, so that a thermal load on electrical and / or electronic components which are connected to the circuit board is reduced. It is also possible to dissipate heat from the printed circuit board over a comparatively large area to the partition wall via the comparatively large copper surface. It is also possible to manufacture the copper surface according to the geometry of the printed circuit board, so that efficiency is increased.
  • the heat-conducting pad and gel are relaxed, and essentially no additional force acts on them.
  • the thermal pad and the thermal gel between the heat source and the partition are mechanically pre-stressed.
  • a force acts on the thermal pad and the thermal gel.
  • a non-positive connection between the heat source and the partition is realized by means of the heat-conducting pad and the heat-conducting gel. Due to the preload, a thermal connection is improved, which is why heat dissipation from the heat source is improved.
  • the circuit board is only inserted into the electronics compartment.
  • the circuit board is particularly preferably fastened to the housing, for example to the partition wall or a further wall of the electronics compartment. In this way, movement of the printed circuit board with respect to the housing when the auxiliary unit is shaken is essentially ruled out, so that damage is prevented.
  • the auxiliary unit expediently comprises a dome which projects into the electronics compartment and which is connected to the partition.
  • the dome runs perpendicular to the partition and / or the circuit board.
  • the dome is particularly preferably formed on the partition.
  • the dome is expediently in one piece with the partition and is shaped, for example, when the housing is produced with the partition.
  • the cathedral is expediently in one piece. par- the dome is essentially cylindrical.
  • the circuit board is preferably attached to the dome.
  • the circuit board is glued to the dome.
  • the circuit board is preferably fastened to the dome by means of a fastening element.
  • the circuit board is glued to the dome.
  • the printed circuit board is particularly preferably screwed to the dome, the screw protruding through a corresponding recess in the printed circuit board, and the printed circuit board being held between the dome and the screw head. In this way, detachment of the printed circuit board from the housing is reliably prevented.
  • the circuit board expediently lies at least partially on the dome, in particular on an end face of the cylindrical dome. In this way, the printed circuit board is stabilized.
  • the partition comprises several such domes to which the circuit board is attached.
  • the auxiliary unit preferably comprises a spacer element which projects into the electronics compartment and is connected to the partition.
  • the support element is, for example, of a frustoconical or cylindrical shape or shaped in the manner of a support edge.
  • the spacer element extends essentially perpendicular to the partition.
  • the spacer element is integrally formed on the partition and is thus in one piece with it.
  • the partition is thus made in one piece with the spacer element.
  • the secondary unit comprises several such spacing elements, which are preferably spaced apart from one another.
  • the circuit board is placed on the spacer.
  • the circuit board is only loosely on the spacer.
  • the printed circuit board is supported by means of the spacer element, so that a defined distance prevails between it and the partition.
  • the circuit board in particular an attachment, is not secured here, for example, with the spacer element, which is why assembly is simplified.
  • the spacer element is located in an edge region of the circuit board and / or the partition wall, so that deformation of the partition wall does not lead to movement of the circuit board.
  • the auxiliary unit preferably has the electric motor, which is arranged in the housing.
  • the electric motor is preferably designed to be brushless and especially a brushless electric motor, for example a brushless DC motor (BLDC).
  • the electric motor thus has at least one electric coil, by means of which an electromagnet is at least partially formed.
  • the electrical coil (winding, motor or phase winding, rotating field winding) is part of a stator of the electrical machine.
  • the stator preferably comprises a number of such electrical coils, for example two, three, six, twelve,. , wherein the electrical coils are preferably connected to electrical phases of the electrical machine, for which they are suitably electrically contacted in a parallel or series connection.
  • the electrical phases themselves are in particular electrically contacted to one another in a delta or star connection.
  • the electrical machine is preferably configured as three-phase, six-phase or twelve-phase.
  • the stator is preferably arranged in the further compartment of the housing and is configured, for example, essentially as a hollow cylinder.
  • the stator surrounds a rotor on the circumference, which is also positioned within the further compartment of the housing and is rotatably mounted about an axis of rotation.
  • the rotor itself has, for example, a number of permanent magnets.
  • the rotor is set into a rotational movement about the axis of rotation by means of a magnetic interaction between the permanent magnet (s) of the rotor and the electromagnet (s) of the stator, which is / are formed by means of the electrical coil (s).
  • a compressor head is connected to the rotor if the electrical machine is a component of a refrigerant compressor.
  • the compressor head is preferably located on the side of the stator opposite the electronics compartment.
  • the electric motor is preferably cooled during operation by means of any fluid, in particular the refrigerant, located in the further compartment.
  • the electronics expediently have the bridge circuit, which preferably comprises four, six or twelve bridge branches and consequently a B4-, B6- or B12 circuit.
  • the bridge circuit preferably has a number of bridge branches corresponding to the number of electrical coils / phases.
  • the number of bridge branches is equal to the number of electrical phases and / or an integer multiple of the number of electrical coils.
  • an intermediate circuit capacitance is assigned to each bridge branch.
  • Each bridge branch has in particular two semiconductor switches connected in series, in particular power semiconductor switches.
  • the power semiconductor switches are provided and set up to switch an electrical current with a current strength of at least 1A, 2A, 5A or 10A.
  • the power semiconductor switches are preferably IGBTs or field effect transistors (FET), in particular DirectFETs.
  • two bridge branches in particular are assigned to one of the electrical phases of the electric motor, and / or the bridge circuit is preferably routed against a direct current side, which is in particular electrically contacted to the vehicle electrical system in the installed state.
  • Each of the bridge branches has, in particular, a semiconductor, for example a semiconductor switch, and preferably a power semiconductor switch.
  • Each of the semiconductors of the bridge branches is preferably a component of the heat source.
  • FIG. 1 schematically shows a motor vehicle with an electromotive refrigerant compressor
  • a motor vehicle 2 with two front wheels 4 and two rear wheels 6 is shown schematically simplified. At least two of the wheels 4, 6 are driven by means of a main drive (not shown in more detail), for example an internal combustion engine, an electric motor or a combination thereof.
  • the motor vehicle 2 comprises a refrigerant circuit 8 which is part of an air conditioning system.
  • the refrigerant circuit 8 is filled with a refrigerant 10, for example C02, R1234yf or R134a.
  • the refrigerant 10 is compressed and fed to a fluid-technical downstream condenser 14, which is exposed to ambient air, which leads to a lowering of the temperature of the refrigerant 10.
  • eKMV electrostatic refrigerant compressor
  • the pressure and thus the temperature of the refrigerant 10 is reduced by means of a downstream evaporator 16, which comprises a further heat exchanger, not shown, which is thermally coupled to a blower line of the air conditioning system.
  • a downstream evaporator 16 which comprises a further heat exchanger, not shown, which is thermally coupled to a blower line of the air conditioning system.
  • the blower line conveys cooled air into an interior of motor vehicle 2.
  • the electromotive refrigerant compressor 12 is thus an auxiliary unit of the motor vehicle 2 and is coupled in terms of signal technology to a motor vehicle controller 20, such as an on-board computer, by means of a bus system 18, which is a CAN bus system or a Lin bus system.
  • the electromotive refrigerant compressor 12 is energized by means of an (electrical) vehicle electrical system 22, which carries the respective electrical voltage, for example 48V, and is powered by a battery 24.
  • the vehicle electrical system 22 also includes a safety device 26, by means of which an electrical current flow between the battery 24 and the refrigerant compressor 12 can be prevented.
  • the securing device 26 has, for example, a load and / or circuit breaker.
  • the safety device 26 is connected to the motor vehicle control 20 by means of the signal system by means of the bus system 18, so that the load switch or circuit breaker is actuated by the motor vehicle control 20 and the electrical current flow can thus be prevented.
  • FIG. 2 shows the electromotive refrigerant compressor 12 in a sectional illustration along an axis of rotation 28 of an electric motor 30 of the refrigerant compressor.
  • the electric motor 30 is a brushless DC motor (BLDC) and has a cylindrical rotor 32 which is surrounded on the circumferential side by means of a hollow cylindrical stator 34.
  • the stator 34 has a number of electrical coils, and the rotor 32 comprises a number of permanent magnets.
  • the rotor 32 is rotatably supported about the axis of rotation 28 by means of a shaft 36.
  • a compressor head 38 for example a scroll compressor, is non-rotatably connected to the shaft 36 on the free end.
  • the stator 34 is energized by means of electronics 40 of the electric motor 30, which is connected to the bus system 18 and the electrical system 22.
  • the stator 34, the rotor 32, the compressor head 38 and the electronics 40 are arranged in a housing 42 made of die-cast aluminum, which has an essentially hollow cylindrical shape and is concentric with the axis of rotation 28.
  • the housing 42 comprises an inlet 44 via which the refrigerant 10 enters a further compartment 46 of the housing 42, within which the rotor 32 and the stator 34 are located.
  • the refrigerant 10, which in this area has a pressure which is 2 bar higher than the atmospheric pressure, and is drawn along the rotor 32 / stator 34 to the compressor head 38, by means of which a further pressure increase takes place.
  • the refrigerant 10 compressed by means of the compressor head 38 is conveyed out of the housing 34 by means of an outlet 48.
  • the housing 42 comprises a partition 50 arranged perpendicular to the axis of rotation 28, by means of which an electronics compartment 52 is delimited and separated from the part of the housing 42 through which the refrigerant 10 flows, namely the further compartment 46.
  • the electronics compartment 52 and the further compartment 46 are thus separated from one another in a pressure-tight manner by means of the partition wall 50.
  • the stator 34 is located in the part of the housing 42 through which the refrigerant 10 flows, that is to say the further compartment 46, and the electronics 40 are arranged within the electronics compartment 50.
  • a pressure-tight plated-through hole 54 is guided through the partition wall 50, by means of which the stator 34 is electrically and signal-technically connected to the electronics 40.
  • the electric motor 30, which is operated by means of the electronics 40 is arranged in the further compartment 46.
  • the electronics compartment 50 comprises a housing cover 56 made of a metal, which is detachably fastened to further components of the electronics compartment 52 by means of screws, and which has an opening in the electronics compartment 52 closes.
  • the electronics 40 has a circuit board 58 which is made of a glass fiber reinforced epoxy resin to which a number of conductor tracks made of copper are attached.
  • the circuit board 58 is arranged in one plane and parallel to the partition 50 and parallel to the housing cover 56 and parallel to.
  • the power semiconductor switches 60 are interconnected to form a bridge circuit.
  • a plurality of copper surfaces 62 are connected to the circuit board 58 and are formed from the same material from which the conductor tracks are made.
  • the copper surfaces 62 are also in one piece with at least one of the conductor tracks. In other words, the copper surfaces 62 are formed by means of the conductor tracks.
  • the copper surfaces 62 and the power semiconductors 60 each form a heat source 64, which heat up during operation of the electromotive refrigerant compressor 12 and which have to be cooled.
  • circuit board 58 which form a circuit in cooperation with the power semiconductors 60 and the conductor tracks and by means of which the stator 34 is energized as a function of a command transmitted via the bus system 18 ,
  • a dome 68 running parallel to the axis of rotation 28 is integrally formed on the partition wall 50 and is integral therewith.
  • the dome 68 is essentially cylindrical or hollow-cylindrical and projects into the electronics compartment 52.
  • the circuit board 58 is placed on the dome 68 in the region of an edge and fixed there by means of a screw 70.
  • the screw 70 is screwed into the dome 68, the printed circuit board 58 being located between the screw head and the dome 68 in the axial direction, that is to say parallel to the axis of rotation 28.
  • the circuit board is 58 attached to the dome 68 and the circuit board 58 is connected to the housing 42.
  • a spacing element 72 is connected to the partition wall 50, which is configured in a cylindrical shape and runs essentially parallel to the axis of rotation 28.
  • the extension of the spacer 72 parallel to the axis of rotation 28 is equal to the extension of the dome 68 parallel to the axis of rotation 28.
  • the spacer 72 protrudes into the electronics compartment 52, and the circuit board 58 is loosely placed on the spacer 72 in an edge region. In other words, the circuit board 58 is not attached to the spacer 72.
  • the spacer element 72 therefore only serves to maintain a minimum distance between the printed circuit board 58 and the partition 50, and the fastening is carried out only by means of the screw 70 and the dome 68. In particular, several such dome 68 / screws 70 and / or spacer elements 72 are present.
  • Each of the heat sources 64 are in mechanical contact with the partition 50 via a heat-conducting gel 74 and a heat-conducting pad 76.
  • Each heat source 64 is assigned a heat conduction pad 76 and a heat conduction gel 74.
  • the heat-conducting gel 74 and the heat-conducting pad 76 are stacked one above the other in the axial direction, that is to say parallel to the axis of rotation 28, the heat-conducting pads 76 abutting mechanically directly on the partition 50.
  • the respectively assigned heat-conducting gel 74 is arranged between the respective heat-conducting pad 76 and the associated heat source 64 and is spaced apart from the partition 50.
  • Each thermal pad 76 is also spaced apart from the printed circuit board 58. Thus, each heat-conducting pad 76 is located between the respectively assigned heat-conducting gel 74 and the partition 50, and the heat-conducting gel 74 and the respectively assigned heat-conducting pad 76 are thermally connected in series between the assigned heat source 64 and the partition 50.
  • the structure of the electronics 40 is shown again schematically in FIG. 3.
  • the heat-conducting pad 76 is mounted on the partition wall 50 and then the heat-conducting gel 74, which is a gap filler, for example, is applied to the heat-conducting pad 76. After mounting the circuit board 58, the heat Leitgel 74 hardened.
  • the heat-conducting gel 74 is a hardened liquid, and a comparatively efficient heat transfer is possible between the heat-conducting pad 76 and the heat source 64.
  • the circuit board 58 is inserted into the electronics compartment 52 and placed on the dome 68 and the spacer element 72.
  • the heat-conducting pad 76 bears relatively loosely on the partition 50.
  • the heat-conducting pad 76 and, in part, the heat-conducting gel 74 are preferably compressed and thus pre-tensioned by means of the screw 70. In this way, a thermal connection of the heat source 64 by means of the heat-conducting pad 76 and the heat-conducting gel 74 to the partition 50 is improved.
  • the partition 50 bulges in the direction of the electronics compartment 52 due to the increased pressure in the further compartment 46.
  • the thermal pad 76 or the thermal gel 74 is deformed, the deformation being elastic.
  • a thermal connection of the heat source 64 to the heat-conducting pad 76 and thus also to the partition 50 is not impaired but favored.
  • the components to be cooled are connected via a structure composed of heat-conducting gel 74 and heat-conducting pad 76, that is to say gap filler and gap pad.
  • the thermal gel 74 absorbs the component and manufacturing tolerances.
  • the thermal connection between the heat source 64 and the heat-conducting pad 76 is established.
  • the Thermal pad 76 is located on the partition 50, which functions as a heat sink.
  • the housing deflection that is to say the deformation of the partition 50, in particular for the most part, is expediently absorbed by means of the thermal pad 76.
  • the tolerances in the structure do not have to be absorbed by means of the heat-conducting pad 76, this can be made comparatively thin.
  • part of the deformation of the partition 50 is also absorbed by the heat-conducting gel 74.
  • the thickness of the heat-conducting gel 74 is particularly decisive here, to what extent deformations of the partition 50 are absorbed by the heat-conducting gel 74.
  • the force on the heat source 64 and the circuit board 58 is thus reduced and electrical insulation is ensured by means of the heat-conducting pad 76 and the heat-conducting gel 74. Reliable cooling of the heat source 64 to the partition 50 is also provided. Because of the comparatively good thermal connection, it is possible to connect several components to the printed circuit board 58, and manufacturing and dimensional tolerances in the structure are compensated for and the electrical insulation is ensured. Mechanical stress on the individual electrical components is also reduced. If the partition 50 is deformed, a pressure is also generated on the thermal pad 76 and the thermal gel 74, which improves the thermal transition between the interfaces and thus improves the thermal connection of the heat source 64 to the partition 50.
  • the thermal connection of the heat source 64 to the partition 50 is improved due to the mechanical prestress, the heat source 64 being, for example, the electrical / electronic component, in particular the power semiconductor 60, or the copper surface 62.
  • the heat source 64 being, for example, the electrical / electronic component, in particular the power semiconductor 60, or the copper surface 62.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment described above. Rather, other variants of the invention can also be derived therefrom by the person skilled in the art without leaving the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Nebenaggregat (12) eines Kraftfahrzeugs (2), insbesondere elektromotorischer Kältemittelverdichter, mit einem Gehäuse (42), das ein Elektronikfach (52) und ein weiteres Fach (46) aufweist, die mittels einer Trennwand (50) druckdicht voneinander getrennt sind. In dem Elektronikfach (52) ist eine Elektronik (40) mit einer Leiterplatte (58) angeordnet, an der eine Wärmequelle (64) angebunden ist, die über ein Wärmeleitgel (74) und ein Wärmeleitpad (76) mechanisch an der Trennwand (50) anliegt. Das Wärmeleitgel (74) und das Wärmeleitpad (76) sind thermisch in Reihe zwischen die Wärmequelle (64) und die Trennwand (50) geschaltet.

Description

Beschreibung
Nebenaggregat
Die Erfindung betrifft ein Nebenaggregat eines Kraftfahrzeugs. Das Nebenaggre- gat ist insbesondere ein elektromotorischer Kältem ittel Verdichter.
Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise eine Klimaanlage auf, mittels derer eine Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs erfolgt. Auch werden bei mit- tels eines Elektromotors angetriebenen Kraftfahrzeugen die benötigten Energie- Speicher, wie eine Hochvoltbatterie, gekühlt. Die Klimaanlage weist einen Kälte- mittel kreislauf auf, der einen Kältem ittel Verdichter, diesem nachgeschaltet einen Kondensator sowie diesem fluidtechnisch nachgeschaltet einen Verdampfer um- fasst. Diesem ist fluidtechnisch ein weiterer Wärmetauscher nachgeschaltet, der in thermischem Kontakt mit einer Gebläseleitung, die in den Innenraum des Kraft- fahrzeugs führt, oder mit etwaigen Energiezellen des Hochvoltenergiespeichers ist. Der Kältemittelkreislauf ist mit einem Kältemittel befüllt, wie R134a, R1234yf oder C02.
Bei Betrieb wird mittels des Kältem ittel Verdichters ein Druck des Kältemittels er- höht, was zu einer Temperaturerhöhung des Kältemittels führt. Dieses wird zu dem Kondensator geleitet, der in thermischem Kontakt mit einer Umgebung des Kraftfahrzeugs ist. Hierbei erfolgt eine Temperaturerniedrigung des Kältemittels, welches in dem nachgeschalteten Verdampfer wiederum auf den ursprünglichen Druck entspannt wird, weshalb die Temperatur des Kältemittels weiter verringert wird. In dem nachgeschalteten Wärmetauscher wird von dem mit dem Wärmetau- scher thermisch kontaktierten Bauteil thermische Energie auf das Kältemittel über- tragen, was zu einer Abkühlung des Bauteils und einer Erwärmung des Kältemit- tels führt. Das erwärmte Kältemittel wird zum Schließen des Kältemittelkreislaufs erneut dem Kältemittelverdichter zugeführt.
Zur Kompression des Kältemittels wird beispielsweise ein Verdichterkopf heran- gezogen, der mittels eines Elektromotors angetrieben ist, der in einem Fach eines Gehäuses angeordnet ist. Der Elektromotor ist meist bürstenlos ausgestaltet, wo- bei die einzelnen elektrischen Spulen mittels einer Brückenschaltung einer Leiter- platte bestromt werden, die eine Anzahl an Leistungshalbleiterschaltern aufweist. Bei Betrieb erwärmen sich die elektrischen Spulen, was zu einem erhöhten elektrischen Widerstand führt. Zur Vermeidung hiervon wird das Fach, in dem sich der Elektromotor befindet, mit dem Kältemittel zum Abtransport der Wärme durch- spült.
Bei einer hohen Leistungsanforderung sind die mittels der Leistungshalbleiter- Schalter geschalteten elektrischen Ströme und elektrischen Spannungen ver- gleichsweise groß, was vergleichsweise hohe Schaltverluste bedingt. Daher er- wärmen sich die Leistungshalbleiterschaltern bei Betrieb vergleichsweise stark.
Die Leiterplatte ist meist innerhalb eines Elektronikfachs des gleichen Gehäuses des Kältemittelverdichters angeordnet und fest mit dem Gehäuse verbunden, bei- spielsweise mittels Clipsen oder Schrauben.
Sofern unterschiedliche Drücke innerhalb des Gehäuses herrschen, nämlich elekt- ronikseitig Atmosphärendruck und motorseitig ein erhöhter Druck, kann sich die Trennwand in das Elektronikfach auswölben. Falls die Leiterplatte an dieser Trennwand befestigt wäre, könnte diese somit beschädigt werden, und/oder ein elektrische Kontakt zwischen der Leiterplatte und den elektrischen Spulen unter- brochen werden. Somit kann diese Trennwand nicht zur Befestigung herangezo- gen werden, obwohl diese eine für eine Kühlung der Leiterplatte am geeignetsten wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Nebenag- gregat eines Kraftfahrzeugs anzugeben, wobei insbesondere eine Zuverlässigkeit und vorzugsweise Herstellungskosten reduziert sind. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge- löst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un- teransprüche.
Das Nebenaggregat ist ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Beispielsweise ist das Nebenaggregat eine Pumpe, insbesondere ein Wasser- oder Ölpumpe, wie eine Schmiermittelpumpe. In einer Alternative hierzu ist das Nebenaggregat ein Verstellantrieb, wie eine Lenkunterstützung also eine sog. Servolenkung, ein Fensterheber oder eine elektrische Sitzverstellung. Geeigneterweise ist das Ne- benaggregat im Montagezustand mit einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs elektrisch kontaktiert und wird mittels dessen bestromt. Insbesondere ist das Ne- benaggregat hierfür geeignet. Beispielswiese ist das Bordnetz des Kraftfahrzeugs ein Niedervoltbordnetz und führt zum Beispiel eine elektrische Spannung von 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt. Alternativ hierzu beträgt die elektrische Spannung die bei Betrieb an dem Nebenaggregat anliegt bzw. die das Bordnetz des Kraftfahr- zeugs aufweist, 288 Volt, 450 Volt, 650 Volt oder 830 Volt. Beispielsweise ist das Nebenaggregat im Einbauzustand signaltechnisch mit einem BUS-System gekop- pelt, insbesondere einem LIN- oder CAN-Bus.
Besonders bevorzugt weist das Nebenaggregat eine elektrische Maschine auf, die beispielsweise ein Generator oder ein Elektromotor ist. Der Elektromotor ist bei spielsweise ein bürstenbehafteter Kommutatormotor. Besonders bevorzugt jedoch ist der Elektromotor bürstenlos ausgestaltet und geeigneterweise ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC). Der Elektromotor ist zum Beispiel ein Asynchronmotor oder ein Synchronmotor.
Besonders bevorzugt ist das Nebenaggregat ein Kältem ittel Verdichter, der insbe- sondere ein elektromotorischer Kältemittelverdichter ist. Der elektromotorische Kältem ittel Verdichter ist geeigneterweise ein Bestandteil eines Kältem ittel kreis- laufs des Kraftfahrzeugs, mittels dessen bei Betrieb beispielsweise eine Tempe- rierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs und/oder eine Abkühlung eines Ener- giespeichers des Kraftfahrzeugs erfolgt. Insbesondere umfasst der elektromotori- sehe Kaltem ittel Verdichter einen Verdichterkopf, beispielsweise einen Scroll- Verdichter. Besonders bevorzugt wird mittels des elektromotorischen Kältemittel- verdichters ein Kältemittel verdichtet, zum Beispiel ein chemisches Kältemittel, wie R134a oder R1234yf. Alternativ wird als Kältemittel C02 herangezogen.
Das Nebenaggregat weist ein Gehäuse auf, das ein Elektronikfach und ein weite- res Fach umfasst. Vorzugsweise ist das Gehäuse aus einem Metall, wie einem Aluminium, also reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, erstellt, insbe- sondere als Aluminiumdruckgussteil. Zweckmäßigerweise ist das Gehäuse ein- stückig.
Das Elektronikfach und das weitere Fach sind mittels einer Trennwand druckdicht voneinander getrennt. Somit ist es ermöglicht, in dem Elektronikfach einen von dem weiteren Fach abweichenden statischen Druck zu verwenden. Mit der Trennwand werden zweckmäßigerweise die beiden Fächer begrenzt, sodass sich die Trennwand zwischen den beiden Fächern befindet und an diese anstößt. Zweckmäßigerweise begrenzt die Trennwand das Elektronikfach und/oder das weitere Fach. Insbesondere sind das Elektronikfach und/oder das weitere Fach mittels weiterer Bestandteile des Gehäuses und/oder weiterer Bestandteil des Nebenaggregats umgeben, sodass zumindest eines der Fächer, vorzugsweise beide Fächer, im Wesentlichen geschlossen ist. Die Trennwand ist vorzugsweise im Wesentlichen plan. Beispielsweise ist das Gehäuse im Wesentlichen hohlzy- linderförmig ausgestaltet, wobei die Trennwand zweckmäßigerweise im Wesentli- chen senkrecht zur Zylinderachse angeordnet ist. Das Elektronikfach ist vorzugs- weise an einem Ende des Gehäuses angeordnet und beispielsweise mittels eines stirnseitig aufgesetzten Deckels verschlossen.
Mittels der Trennwand sind bei Betrieb, insbesondere sofern das Nebenaggregat ein Kältemittelverdichter ist, zweckmäßigerweise zwei Bereiche mit unterschiedli- chen statischen Drücken voneinander getrennt. Beispielsweise herrscht innerhalb des Elektronikfachs ein Atmosphärendruck, der vorzugsweise kleiner als der Druck auf der gegenüberliegenden Seite der Trennwand ist. Auf dieser Seite be- findet sich insbesondere eine Niederdruckseite, wobei dieser Druck größer als der Druck innerhalb des Elektronikfachs ist.
In dem Elektronikfach ist eine Elektronik angeordnet, die eine Leiterplatte umfasst. Die Elektronik ist beispielsweise eine Leistungselektronik. An der Leiterplatte ist insbesondere eine Anzahl an elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen an- gebunden, sodass mittels der Leiterplatte und der Bauteile eine elektrische Schal- tung realisiert ist. Beispielsweise umfasst die Elektronik lediglich die Leiterplatte oder auch eine weitere Leiterplatte. Die Leiterplatte ist zweckmäßigerweise aus einem glasfaserverstärkten Epoxidharz gefertigt, an dem außenseitig Leiterbah- nen befestigt und/oder in das diese eingebettet sind. Die Leiterbahnen sind zweckmäßigerweise aus einem Kupfer erstellt, beispielsweise mittels Ätzen.
Zweckmäßigerweise ist die Leiterplatte parallel zu der Trennwand oder zumindest einem Teil der Trennwand angeordnet.
An der Leiterplatte ist eine Wärmequelle angebunden. Bei Betrieb entsteht bei der Wärmequelle ein Wärmeüberschuss, der insbesondere bei nicht Weiterführen zu einer Zerstörung der Leiterplatte und/oder der vollständige Elektronik führen wür- de. Die Wärmequelle weist vorzugsweise eine vergleichsweise große Fläche auf. Insbesondere ist die Wärmequelle im Wesentlichen flächig ausgestaltet und/oder weist eine Vergleichsweise große plane Oberfläche auf. Beispielsweise ist die Wärmequelle mittels eines Bauteils bereitgestellt, das an der Leiterplatte befestigt ist. Die Wärmequelle liegt mechanisch über ein Wärmeleitgel und ein Wärmeleitpad an der Trennwand an. Mit anderen Worten ist die Leiterplatte über die Wärme- quelle, das Wärmeleitgel und das Wärmeleitpad mechanisch mit der Trennwand kontaktiert. Hierbei sind das Wärmeleitgel und das Wärmeleitpad thermisch in Reihe zwischen die Wärmequelle und die Trennwand geschaltet. Somit sind das Wärmeleitpad und das Wärmeleitgel zwischen die Wärmequelle und die Trenn- wand geschichtet, sodass ein Schichtaufbau realisiert ist. Mit nochmals anderen Worten sind das Wärmeleitgel und das Wärmeleitpad übereinander gestapelt, wobei die Hauptausdehnungsrichtung dieser zweckmäßigerweise im Wesentli- chen parallel zur Leiterplatte und/oder zur Trennwand ist. Somit sind auch das Wärmeleitpad und das Wärmeleitgel mechanisch in Reihe zwischen der Wärme- quelle und der Trennwand angeordnet. Beispielsweise sind noch weiteren Be- standteile vorhanden. Besonders bevorzugt jedoch sind lediglich das Wärmeleit- pad und das Wärmeleitgel zwischen der Wärmequelle und der Trennwand ange- ordnet. Folglich ist ein Wärmeübertrag verbessert.
Das Wärmeleitpad ist insbesondere elastisch und/oder plastisch verformbar und ist vorzugsweise flexibel. Bei Betrieb wird mittels des Wärmeleitpads insbesonde- re eine Verformung der Trennwand ausgeglichen, sodass bei einem Einwirken einer Kraft auf die Trennwand und einer hieraus folgenden Verformung der Trennwand diese Kraft mittels des Wärmeleitpads kompensiert wird. Folglich wird das Wärmeleitpad verformt. Die Kraft wird jedoch nicht oder lediglich vermindert auf die Wärmequelle und die Leiterplatte übertragen, weswegen bei Betrieb eine Beschädigung verhindert ist. Mittels des Wärmeleitgels werden zusätzlich insbe- sondere Fertigungs- und/oder Bauteiltoleranzen ausgeglichen. So werden zweckmäßigerweise etwaige vorhandene Luftschlitze bei Montage mittels des Wärmeleitgels gefüllt. Daher erfolgt aufgrund des Wärmeleitgels eine vergleichs- weise sichere thermische Anbindung, weswegen eine Wärmeabfuhr von der Wärmequelle auf die Trennwand verbessert ist. Infolgedessen ist es ermöglicht, ein vergleichsweise schmales/dünnes Wärmeleitpad heranzuziehen. Das Wärme- leitgel ist insbesondere elastisch und/oder plastisch verformbar.
Da eine vergleichsweise effiziente Wärmeabfuhr von der Wärmequelle ermöglicht ist, ist es ebenfalls ermöglicht, dass die Elektronik lediglich die Leiterplatte auf- weist, mittels derer sämtliche Funktionen der Elektronik bereitgestellt sind. Insbe- sondere ist in dem Elektronikfach lediglich die Leiterplatte angeordnet. Auf der Leiterplatte sind dabei beispielsweise Leistungshalbleiter und vergleichsweise empfindliche Bauteile angeordnet, wobei aufgrund des Wärmeleitpad und des Wäremleitgels ein vergleichsweise sicherer Betrieb ermöglicht ist. Ferner erfolgt mittels des Wärmeleitgels und des Wärmeleitpad eine elektrische Isolierung der Wärmequelle gegenüber der Trennwand, weswegen ein vergleichsweise sicherer Betrieb ermöglicht ist. Beispielsweise befindet sich das Wärmeleitgel zwischen dem Wärmeleitpad und der Trennwand. Besonders bevorzugt jedoch befindet sich das Wärmeleitpad zwi- schen dem Wärmeleitgel und der Trennwand. Somit liegt das Wärmeleitpad zweckmäßigerweise mechanisch direkt an der Trennwand an. Folglich erfolgt im Betrieb eine Aufnahme von Verformungen der Trennwand mittels des Wärmeleit- pads bevor die die Verformungen hervorrufende Kraft auf das Wärmeleitgel aus- geübt wird. Alternativ werden die Verformungen im Wärmeleitgel aufgenommen. Vorzugsweise ist das Wärmeleitgel von der Trennwand beabstandet, sodass ein Einwirken einer Kraft bei einer Verformung der Trennwand auf das Wärmeleitgel im Wesentlichen unterbunden ist. Insbesondere ist dabei das Wärmeleitpad von der Leiterplatte und/oder der Wärmequelle beabstandet.
Das Wärmeleitgel befindet sich zweckmäßigerweise zwischen dem Wärmeleitpad und der Wärmequelle. Insbesondere wird bei der Fertigung zunächst das Wärme- leitpad auf die Trennwand und im Anschluss hieran das Wärmeleitgel auf das Wärmeleitpad aufgesetzt und vorzugsweise jeweils befestigt. Erst im Anschluss hieran wird die Leiterplatte in das Elektronikfach eingeführt, was eine Montage vereinfacht.
Beispielsweise ist das Wärmeleitgel eine Wärmeleitpaste. Somit ist das Wärme- leitgel im Montagezustand beispielsweise pastös. Alternativ ist das Wärmeleitgel eine plastisch verformbare Masse. Besonders bevorzugt jedoch ist das Wärme- leitgel eine ausgehärtete Flüssigkeit. Mit anderen Worten ist das Wärmeleitgel mittels einer Flüssigkeit erstellt, die ausgehärtet ist, beispielsweise aufgrund einer Oxidation oder Vernetzung. Insbesondere ist das Wärmeleitgel nach dem Aushär- ten ein Festkörper, der immer noch elastisch verformbar sein kann. Beispielswei- se ist der Festkörper nicht oder lediglich in vergleichsweise geringem Maße elas- tisch und/oder plastisch verformbar. Somit ist es ermöglicht, ein Wärmeleitgel mit einem vergleichsweise hohen Wärmeleitkoeffizienten heranzuziehen. Zur Monta- ge wird insbesondere die flüssige Phase des Wärmeleitgels auf die Wärmequelle und/oder des Wärmeleitpad aufgetragen und im Anschluss hieran ausgehärtet. Insbesondere ist das Wärmeleitgel ein sogenannter Gapfiller. Zum Beispiel ist das Wärmeleitgel ein vulkanisierendes und/oder additionsvernetzendes Silikonmateri- al. Das Wärmeleitpad ist insbesondere ein Gappad, das insbesondere aus einem Silikon-Elastomer oder PU-Material erstellt ist. Das Wärmeleitgel ist beispielsweise ein Gapfiller, insbesondere vom„putty type“. Der Gapfiller ist zweckmäßigerweise eine plastisch verformbare Masse, z.B. in Form einer Matte oder ähnlich einer sogenannten Knetmasse. Der Gapfiller ist bevorzugt vergleichsweise stark plastisch verformbar. Insbesondere ist der Gapfil ler aus einem Silikon-Verbindung und z.B.„SARCON ® PG80A“ des Herstellers Fujipoly. Alternativ umfasst der Gapfiller zwei Komponenten, die nach einem Ver- mischen aushärten. Beispielsweise ist der Gapfiller mittels der zwei Komponenten gebildet. Mit anderen Worten ist das Wärmeleitgel ein zwei Komponenten Gapfil- ler. Der Gapfiller ist hierbei bevorzugt eine elastische Masse. Zweckmäßigerweise erfolgt die Montage des Gapfillers im flüssigen Zustand. Der Gapfiller ist bei- spielsweise„GF3500LV“ des Herstellers Bergquist/Henkel. Alternativ ist das
Wärmeleitgel eine Wärmeleitpaste, die beispielsweise lediglich eine Komponente umfasst und nicht aushärtet. Die Wärmeleitpaste ist zweckmäßigerweise eine Sili- konwärmepaste auf der Basis einer Silikonmatrix und z.B.„TGR-S-SI“ des Her- stellers Hala Contec GmbH & Co. Kg.
Das Wärmeleitpad umfasst beispielsweise eine elektrisch isolierende Folie, wie eine keramikgefüllte Silikon- oder PU-Folie. Alternativ umfasst das Wärmeleitpad eine Isolationsfolie, die beispielsweise aus„Kapton ®“ des Herstellers DuPont ge- fertigt ist. Zweckmäßigerweise wird Kapton ® MT+“ des Herstellers DuPont ver- wendet. Insbesondere ist die Isolationsfolie beschichtet. Die beschichtete Folie ist beispielsweise„Sil-Pad ® K-10“ des Herstellers Bergquist/Henkel. Insbesondere ist die Folie aus PU gefertigt, und zweckmäßigerweise„U 90“ des Herstellers Kerafol. Das Wärmeleitpad ist bevorzugt ein Gappad und zweckmäßigerweise dicker als eine Folie. Vorzugsweise ist die Dicke des Gappads größer 0,5mm, 1 mm, 2mm oder 5mm. Das Gappad ist insbesondere elastisch verformbar, zweckmäßiger- weise bei Umgebungsbedingungen. Das Gappad ist zum Beispiel„Gap Pad ® HC 5.0“ des Herstellers Bergquist/Henkel.
Die Wärmequelle ist beispielsweise ein Halbleiter, insbesondere ein Leistungs- halbleiter, oder umfasst zumindest diesen. Der Leistungshalbleiter ist vorzugswei- se an der Leiterplatte angebunden, insbesondere mechanisch an dieser befestigt und/oder elektrisch mit dieser kontaktiert. Zum Beispiel ist der Leistungshalbleiter ein oberflächenmontierbares Bauteil (SMD). Der Leistungshalbleiter ist beispiels weise eine Leistungshalbleiterdiode. Besonders bevorzugt jedoch ist der Leis- tungshalbleiter ein Leistungshalbleiterschalter, wie beispielsweise ein IGBT oder Feldeffekt-Transistor (FET). Besonders bevorzugt ist der Leistungshalbleiterschal- ter ein DirectFET. Vorzugsweise umfasst die Wärmequelle mehrere derartige Leistungshalbleiter(-schalter). Bei Betrieb wird mittels des Leistungshalbleiters ein vergleichsweise hoher elektrischer Strom/große elektrische Spannung geführt, sodass auch eine entstehende Verlustwärme vergleichsweise groß ist. Aufgrund der thermischen Anbindung an die Trennwand ist eine Kühlung verbessert und eine Betriebstemperatur abgesenkt, weswegen kostengünstige Bauteile herange- zogen werden können. Insbesondere ist der Leistungshalbleiter ein Bestandteil einer etwaigen Brückenschaltung, beispielsweise einer B4- oder B6-Schaltung, die insbesondere dem Betrieb des etwaigen vorhandenen Elektromotors dient.
Alternativ oder in Kombination hierzu ist die Wärmequelle eine an der Leiterplatte angebundene Kupferfläche oder umfasst zumindest diese. Die Kupferfläche ist vorzugsweise im selben Fertigungsschritt erstellt, bei dem etwaige Leiterbahnen der Leiterplatte erstellt werden. Vorzugsweise ist die Kupferfläche einstückig mit den Leiterbahnen oder zumindest einer der Leiterbahnen und wird somit mittels dieser beispielsweise zumindest teilweise gebildet. Insbesondere wird bei Herstel- lung der Leiterplatte ein vergleichsweise großer Bereich der etwaig vorhandenen Kupferschicht nicht entfernt und dieser als Kupferfläche herangezogen. Beispiels- weise ist die Kupferfläche elektrisch mit einer Leiterbahn und/oder einem elektri schen Bauteil kontaktiert. In einer Alternative hierzu ist die Kupferfläche von weite- ren Bestandteilen der Leiterplatte und/oder der Elektronik elektrisch isoliert. Aufgrund der Kupferfläche erfolgt bei Betrieb eine vergleichsweise effiziente Ab- kühlung der Leiterplatte, sodass eine thermische Belastung von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen, die an der Leiterplatte angebunden sind, ver- ringert ist. Auch ist eine vergleichsweise großflächig Abführung von Wärme von der Leiterplatte über die vergleichsweise groß ausgestaltbare Kupferfläche auf die Trennwand ermöglicht. Ferner ist es möglich, die Kupferfläche entsprechend der Geometrie der Leiterplatte zu fertigen, sodass eine Effizienz erhöht ist.
Beispielsweise ist, sofern keine Kraft auf die Trennwand wirkt, das Wärmeleitpad und -gel entspannt, und es wirkt im Wesentlichen keine zusätzliche Kraft auf die se. Somit ist eine vergleichsweise effiziente Aufnahme der etwaigen Verformung der Trennwand ermöglicht. Alternativ hierzu sind das Wärmeleitpad und das Wärmeleitgel zwischen der Wärmequelle und der Trennwand mechanisch vorge- spannt. Mit anderen Worten wirkt auch dann, wenn die Trennwand nicht verformt ist, auf das Wärmeleitpad und das Wärmeleitgel eine Kraft. Insbesondere ist hier- bei eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Wärmequelle und der Trenn- wand mittels des Wärmeleitpad und des Wärmeleitgels realisiert. Aufgrund der Vorspannung ist eine thermische Anbindung verbessert, weswegen eine Wärme- abfuhr von der Wärmequelle verbessert ist.
Beispielsweise ist die Leiterplatte lediglich in das Elektronikfach eingelegt. Beson- ders bevorzugt jedoch ist die Leiterplatte an dem Gehäuse befestigt, beispielswei- se an der Trennwand oder einer weiteren Wand des Elektronikfachs. Auf diese Weise ist eine Bewegung der Leiterplatte bezüglich des Gehäuses bei einer Er- schütterung des Nebenaggregats im Wesentlichen ausgeschlossen, sodass eine Beschädigung verhindert ist.
Zweckmäßigerweise umfasst das Nebenaggregat einen Dom, der in das Elektro- nikfach ragt, und der an der Trennwand angebunden ist. Zum Beispiel verläuft der Dom senkrecht zur Trennwand und/oder zur Leiterplatte. Besonders bevorzugt ist der Dom an der Trennwand angeformt. Zweckmäßigerweise ist der Dom einstü- ckig mit der Trennwand und wird beispielsweise bei Herstellung des Gehäuses mit der Trennwand urgeformt. Der Dom ist zweckmäßigerweise einstückig. Insbeson- dere ist der Dom im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet. An dem Dom ist die Leiterplatte vorzugsweise befestigt. Beispielsweise ist die Leiterplatte mit dem Dom verklebt. Vorzugsweise ist die Leiterplatte an dem Dom mittels eines Befes- tigungselements befestigt. Zum Beispiel ist die Leiterplatte mit dem Dom verklebt ist. Besonders bevorzugt ist die Leiterplatte mit dem Dom verschraubt, wobei die Schraube durch eine entsprechende Aussparung der Leiterplatte hindurch ragt, und die Leiterplatte zwischen dem Dom und dem Schraubenkopf gehalten ist. Auf diese Weise ist ein Ablösen der Leiterplatte von dem Gehäuse sicher unterbun- den. Zweckmäßigerweise liegt die Leiterplatte zumindest teilweise auf dem Dom auf, insbesondere auf einer Stirnseite des zylinderförmigen Doms. Auf diese Wei- se ist die Leiterplatte stabilisiert. Beispielsweise umfasst die Trennwand mehrere derartige Dome, an denen die Leiterplatte befestigt ist.
Vorzugsweise umfasst das Nebenaggregat ein Abstandselement, das in das Elektronikfach ragt und an der Trennwand angebunden ist. Das Abstützelement ist beispielsweise stumpf- oder zylinderförmig ausgestaltet oder nach Art einer Auflagekante geformt. Insbesondere erstreckt sich das Abstandselement im We- sentlichen senkrecht zur Trennwand. Beispielsweise ist das Abstandselement an der Trennwand angeformt und somit einstückig mit dieser. Somit ist die Trenn- wand einstückig mit dem Abstandselement. Beispielsweise umfasst das Neben- aggregat mehrere derartige Abstandselemente, die zueinander vorzugsweise be- abstandet sind. Auf das Abstandselement ist die Leiterplatte aufgelegt. Somit liegt die Leiterplatte lediglich lose auf dem Abstandselement auf. Mit anderen Worten ist die Leiterplatte mittels des Abstandselements abgestützt, sodass zwischen dieser und der Trennwand ein definierter Abstand vorherrscht. Die Sicherung der Leiterplatte, also insbesondere eine Befestigung, erfolgt hierbei beispielsweise nicht mit dem Abstandselement, weswegen eine Montage vereinfacht ist. Insbe- sondere befindet sich das Abstandselement in einem Randbereich der Leiterplatte und/oder der Trennwand, sodass eine Verformung der Trennwand nicht zu einer Bewegung der Leiterplatte führt.
Vorzugsweise weist das Nebenaggregat den Elektromotor auf, der in dem Gehäu- se angeordnet ist. Die Elektromotor ist bevorzugt bürstenlos ausgestaltet und ins- besondere ein bürstenloser Elektromotor, beispielsweise ein bürstenloser Gleich- strommotor (BLDC). Der Elektromotor weist somit zumindest eine elektrische Spu- le auf, mittels derer zumindest teilweise ein Elektromagnet gebildet ist. Die elektri sche Spule (Wicklung, Motor- bzw. Phasenwicklung, Drehfeldwicklung) ist ein Be- standteil eines Stators der elektrischen Maschine. Vorzugsweise umfasst der Sta- tor eine Anzahl derartiger elektrischer Spulen, beispielsweise zwei, drei, sechs, zwölf, . , wobei die elektrischen Spulen vorzugsweise zu elektrischen Phasen der elektrischen Maschine verschaltet sind, wofür diese geeignet miteinander in einer Parallel- oder Reihenschaltung elektrisch kontaktiert sind. Die elektrischen Phasen selbst sind insbesondere miteinander in einer Dreiecks- oder Sternschal- tung miteinander elektrisch kontaktiert. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine dreiphasig, sechsphasig oder zwölfphasig ausgestaltet.
Der Stator ist vorzugsweise in dem weiteren Fach des Gehäuses angeordnet und beispielsweise im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgestaltet. Insbesondere umgibt der Stator umfangsseitig einen Rotor, der ebenfalls innerhalb des weiteren Fachs des Gehäuses positioniert und um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist. Der Rotor selbst weist beispielsweise eine Anzahl an Permanentmagneten auf. Bei Betrieb der elektrischen Maschine als Elektromotor wird insbesondere die elektri- sehe Spule, vorzugsweise die Anzahl der elektrischen Spulen, mittels der Elektro- nik, zweckmäßigerweise der Leiterplatte, bestromt, sodass ein drehendes Magnet- felds bereitgestellt wird. Mittels einer magnetischen Wechselwirkung zwischen dem/den Permanentmagneten des Rotors und dem/den Elektromagneten des Stators, der/die mittels der elektrischen Spule(n) gebildet ist/sind, wird der Rotor in eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse versetzt. An den Rotor ist bei spielsweise ein Verdichterkopf angebunden, sofern die elektrische Maschine ein Bestandteil eines Kältemittelverdichters ist. Vorzugsweise befindet sich der Ver- dichterkopf auf der dem Elektronikfach gegenüberliegenden Seite des Stators. Vorzugsweise wird der Elektromotor mittels eines etwaigen sich in dem weiteren Fach befindenden Fluids, insbesondere dem Kältemittel, bei Betrieb gekühlt.
Die Elektronik weist zweckmäßigerweise die Brückenschaltung auf, die vorzugs- weise vier, sechs oder zwölf Brückenzweige umfasst und folglich eine B4-, B6- bzw. B12-Schaltung ist. Die Brückenschaltung weist vorzugsweise eine zu der Anzahl der elektrischen Spulen/Phasen korrespondierende Anzahl an Brücken- zweigen auf. Insbesondere ist die Anzahl der Brückenzweige gleich der Anzahl der elektrischen Phasen und/oder ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der elektrischen Spulen. Jedem Brückenzweig ist beispielsweise eine Zwischenkreis- kapazität zugeordnet. Jeder Brückenzweig weist insbesondere zwei in Reihe ge- schaltete Halbleiterschalter auf, insbesondere Leistungshalbleiterschalter. Die Leistungshalbleiterschalter sind vorgesehen und eingerichtet, einen elektrischen Strom mit einer Stromstärke von mindestens 1A, 2A, 5A oder 10A zu schalten. Die Leistungshalbleiterschalter sind vorzugsweise IGBTs oder Feldeffekttransisto- ren (FET), insbesondere DirectFETs. Zusammenfassend sind jeweils insbesonde- re zwei Brückenzweige einer der elektrischen Phasen des Elektromotors zugeord- net, und/oder die Brückenschaltung ist vorzugsweise gegen eine Gleichstromseite geführt, die insbesondere mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs im Einbauzustand elektrisch kontaktiert ist. Jeder der Brückenzweige weist insbesondere einen Halb- leiter auf, zum Beispiel einen Halbleiterschalter, und vorzugsweise einen Leis- tungshalbleiterschalter. Jeder der Halbleiter der Brückenzweige ist hierbei vor- zugsweise ein Bestandteil der Wärmequelle. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem elektromotorischen Käl- temittelverdichter,
Fig. 2 in einer Schnittdarstellung schematisch vereinfacht den elektromoto- rischen Kältemittelverdichter,
Fig. 3 in einer Schnittdarstellung schematisch vereinfacht eine Elektronik des elektromotorischen Kältemittelverdichters in einem Stillstand,
Fig. 4 gemäß Fig. 3 die Elektronik bei Betrieb.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszei- chen versehen. In Fig. 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 mit zwei Vorderrädern 4 und zwei Hinterrädern 6 dargestellt. Zumindest zwei der Räder 4, 6 sind mittels eines nicht näher gezeigten Hauptantriebs angetrieben, beispielsweise einer Ver- brennungskraftmaschine, einem Elektromotor oder einer Kombination hieraus Das Kraftfahrzeug 2 umfasst einen Kältemittelkreislauf 8, der ein Bestandteil einer Klimaanlage ist. Der Kältemittelkreislauf 8 ist mit einem Kältemittel 10 befüllt, bei spielsweise C02, R1234yf oder R134a. Mittels eines (elektromotorischen) Käl temittelverdichters (eKMV) 12 wird das Kältemittel 10 verdichtet und einem fluid- technisch nachgeschalteten Kondensator 14 zugeführt, der mit Umgebungsluft beaufschlagt ist, was zu einer Temperaturabsenkung des Kältemittels 10 führt.
Der Druck und somit die Temperatur des Kältemittel 10 wird mittels eines nachge- schalteten Verdampfers 16 erniedrigt, der einen nicht näher dargestellten weiteren Wärmtauscher umfasst, der mit einer Gebläseleitung der Klimaanlage thermisch gekoppelt ist. Die Gebläseleitung fördert in Abhängigkeit einer Benutzereinstellung gekühlte Luft in einen Innenraum des Kraftfahrzeugs 2.
Der elektromotorische Kältemittelverdichter 12 ist somit ein Nebenaggregat des Kraftfahrzeugs 2 und ist mittels eines Bus-Systems 18, das ein CAN-Bus-System oder ein Lin-Bus-System ist, signaltechnisch mit einer Kraftfahrzeugsteuerung 20 gekoppelt, wie einem Bordcomputer. Mittels eines (elektrischen) Bordnetzes 22, welches die jeweilige elektrische Spannung, beispielsweise 48V, führt und mittels einer Batterie 24 gespeist ist, wird der elektromotorische Kältemittelverdichter 12 bestromt. Das Bordnetz 22 umfasst ferner eine Sicherungseinrichtung 26, mittels derer ein elektrischer Stromfluss zwischen der Batterie 24 und dem Kältemittel- Verdichter 12 unterbunden werden kann. Hierfür weist die Sicherungseinrichtung 26 beispielsweise einen Last- und/oder Schutzschalter auf. Die Sicherungseinrich- tung 26 ist mittels des Bus-Systems 18 signaltechnisch mit der Kraftfahrzeugsteu- erung 20 verbunden, sodass mittels der Kraftfahrzeugsteuerung 20 der Last- bzw. Schutzschalter betätigt und somit der elektrische Stromfluss unterbunden werden kann.
Fig. 2 zeigt den elektromotorischen Kältemittelverdichter 12 in einer Schnittdarstel- lung entlang einer Rotationsachse 28 eines Elektromotors 30 des Kältemittelver- dichters 12. Der Elektromotor 30 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) und weist einen zylindrischen Rotor 32 auf, der umfangsseitig mittels eines hohl- zylindrischen Stators 34 umgeben ist. Der Stator 34 weist eine Anzahl von elektri schen Spulen auf, und der Rotor 32 umfasst eine Anzahl an Permanentmagneten Der Rotor 32 ist mittels einer Welle 36 drehbar um die Rotationsachse 28 gela- gert. An der Welle 36 ist freiendseitig ein Verdichterkopf 38 drehfest angebunden, beispielsweise ein Scrollverdichter. Der Stator 34 wird mittels einer Elektronik 40 des Elektromotors 30 bestromt, die mit dem Bus-Systems 18 und dem Bordnetz 22 verbunden ist.
Der Stator 34, der Rotor 32, der Verdichterkopf 38 und die Elektronik 40 sind in einem Gehäuse 42 aus einem Aluminiumdruckguss angeordnet, das eine im We- sentlichen hohlzylindrische Form aufweist und konzentrisch zur Rotationsachse 28 ist. Das Gehäuse 42 umfasst einen Zulauf 44 über den das Kältemittel 10 in ein weiteres Fach 46 des Gehäuse 42 eintritt, innerhalb dessen sich der Rotor 32 und der Stator 34 befinden. Das Kältemittel 10, das in diesem Bereich einen im Ver- gleich zu Atmosphärendruck um 2 bar erhöhten Druck aufweist, und entlang des Rotors 32/ Stators 34 zu dem Verdichterkopf 38 gesaugt wird, mittels dessen eine weitere Druckerhöhung erfolgt. Das mittels des Verdichterkopfs 38 komprimierte Kältemittel 10 wird mittels eines Ablaufs 48 aus dem Gehäuse 34 befördert.
Das Gehäuse 42 umfasst eine senkrecht zur Rotationsachse 28 angeordnete Trennwand 50, mittels derer ein Elektronikfach 52 begrenzt und von dem von dem Kältemittel 10 durchströmten Teil des Gehäuses 42, nämlich dem weiteren Fach 46, abgetrennt ist. Somit ist das Elektronikfach 52 und das weitere Fach 46 mittels der Trennwand 50 druckdicht voneinander getrennt. In dem von dem Kältemittel 10 durchströmten Teil des Gehäuses 42, also dem weiteren Fach 46, ist der Sta- tor 34 und innerhalb des Elektronikfachs 50 ist die Elektronik 40 angeordnet.
Durch die Trennwand 50 ist eine druckdichte Durchkontaktierung 54 geführt, mit- tels derer der Stator 34 mit der Elektronik 40 elektrisch und signaltechnisch ver- bunden ist. Zusammenfassend ist in dem weiteren Fach 46 der Elektromotor 30 angeordnet ist, der mittels der Elektronik 40 betrieben ist. Auf der der Trennwand 48 in axialer Richtung, also parallel zur Rotationsachse 28, gegenüberliegenden Seite umfasst das Elektronikfach 50 einen aus einem Metall gefertigten Gehäusedeckel 56, der mittels Schrauben an weiteren Bestand- teilen des Elektronikfachs 52 lösbar befestigt ist, und welcher eine Öffnung des Elektronikfachs 52 verschließt. Die Elektronik 40 weist eine Leiterplatte 58 auf, die aus einem glasfaserverstärkten Epoxidharz gefertigt ist, an dem eine Anzahl an Leiterbahnen aus Kupfer befestigt ist. Die Leiterplatte 58 ist in einer Ebene und parallel zur Trennwand 50 sowie parallel zum Gehäusedeckel 56 und parallel zur angeordnet.
An der Leiterplatte 58 ist eine Anzahl an Leistungshalbleitern 60 in Form von Leis- tungshalbleiterschaltern, nämlich MOSFETs oder IGBTs, angebunden und elektrisch mit den Leiterbahnen kontaktiert. Die Leistungshalbleiterschalter 60 sind zu einer Brückenschaltung zusammengeschaltet. Ferner sind an der Leiterplatte 58 mehrere Kupferflächen 62 angebunden, die mittels des gleichen Materials ge- bildet sind, aus denen die Leiterbahnen erstellt sind. Auch sind die Kupferflächen 62 einstückig mit jeweils zumindest einer der Leiterbahnen. Mit anderen Worten werden die Kupferflächen 62 mittels der Leiterbahnen gebildet. Die Kupferflächen 62 sowie die Leistungshalbleiter 60 bildenden jeweils eine Wärmequelle 64, die sich bei Betrieb des elektromotorischen Kältemittelverdichters 12 erwärmen, und die gekühlt werden müssen. Ferner sind an der Leiterplatte 58 weitere elektrische und/oder elektronische Bauteile 66 angebunden, die im Zusammenwirken mit den Leistungshalbleitern 60 sowie den Leiterbahnen eine Schaltung bilden, und mittels derer eine Bestromung des Stators 34 in Abhängigkeit eines über das Bus- System 18 übertragenen Befehls erfolgt.
An der Trennwand 50 ist ein parallel zur Rotationsachse 28 verlaufender Dom 68 angeformt und einstückig mit dieser. Der Dom 68 ist im Wesentlichen zylindrisch oder hohlzylindrisch ausgestaltet und ragt in das Elektronikfach 52 hinein. Auf den Dom 68 ist die Leiterplatte 58 im Bereich eines Randes aufgesetzt und dort mittels einer Schraube 70 fixiert. Die Schraube 70 ist in den Dom 68 eingedreht, wobei sich die Leiterplatte 58 in Axialrichtung, also parallel zur Rotationsachse 28, zwi- schen dem Schraubenkopf und dem Dom 68 befindet. Somit ist die Leiterplatte 58 an dem Dom 68 befestigt, und die Leiterplatte 58 ist an dem Gehäuse 42 ange- bunden.
Ferner ist an der Trennwand 50 ein Abstandselement 72 angebunden, das zylin- derförmig ausgestaltet ist und im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse 28 verläuft. Hierbei ist die Ausdehnung des Abstandselements 72 parallel zur Rotati- onsachse 28 gleich der Ausdehnung des Doms 68 parallel zur Rotationsachse 28. Das Abstandselement 72 ragt in das Elektronikfach 52 hinein, und die Leiterplatte 58 ist in einem Randbereich lose auf das Abstandselement 72 aufgelegt. Mit an- deren Worten ist die Leiterplatte 58 nicht an dem Abstandselement 72 befestigt. Das Abstandselement 72 dient somit lediglich der Einhaltung eines Mindestab- stands der Leiterplatte 58 zur Trennwand 50, und die Befestigung erfolgt lediglich mittels der Schraube 70 und dem Dom 68. Insbesondere sind mehrere derartige Dome 68/Schrauben 70 und/oder Abstandselemente 72 vorhanden.
Jede der Wärmequellen 64, also jeder Leistungshalbleiter 60 und jede Kupferflä- che 62, liegen mechanisch über ein Wärmeleitgel 74 und ein Wärmeleitpad 76 an der Trennwand 50 an. Hierbei ist jeder Wärmequelle 64 jeweils ein Wärmeleitpad 76 und ein Wärmeleitgel 74 zugeordnet. Das Wärmeleitgel 74 und das Wärme- leitpad 76 sind in Axialrichtung, also parallel zur Rotationsachse 28, übereinander gestapelt, wobei die Wärmeleitpads 76 mechanisch direkt an der Trennwand 50 anliegen. Zwischen dem jeweiligen Wärmeleitpad 76 und der zugeordneten Wär- mequelle 64 ist das jeweils zugeordnete Wärmeleitgel 74 angeordnet, das von der Trennwand 50 beabstandet ist. Auch ist jedes Wärmeleitpad 76 von der Leiterplat- te 58 beabstandet. Somit befindet sich jedes Wärmeleitpad 76 zwischen dem je- weils zugeordneten Wärmeleitgel 74 und der Trennwand 50, und das Wärmeleit- gel 74 und das jeweils zugeordnete Wärmeleitpad 76 sind thermisch in Reihe zwi- schen die zugeordnete Wärmequelle 64 und die Trennwand 50 geschaltet. In Figur 3 ist schematisch vereinfacht nochmals der Aufbau der Elektronik 40 dar- gestellt. Zur Montage wird das Wärmeleitpad 76 auf der Trennwand 50 montiert und im Anschluss hieran das Wärmeleitgel 74, das z.B. ein Gapfiller ist, auf das Wärmeleitpad 76 aufgebracht. Nach Montage der Leiterplatte 58 wird das Wärme- leitgel 74 ausgehärtet. Somit ist das Wärmeleitgel 74 eine ausgehärtete Flüssig keit, und zwischen dem Wärmeleitpad 76 und der Wärmequelle 64 ist eine ver- gleichsweise effiziente Wärmeübertragung möglich. Die Leiterplatte 58 ist hierbei in das Elektronikfach 52 eingeführt und auf den Dom 68 sowie das Abstandsele- ment 72 aufgesetzt. Beispielsweise liegt das Wärmeleitpad 76 vergleichsweise lose an der Trennwand 50 an. Bevorzugt jedoch wird mittels der Schraube 70 das Wärmeleitpad 76 sowie teilweise des Wärmeleitgel 74 komprimiert und somit vor- gespannt. Auf diese Weise ist eine thermische Anbindung der Wärmequelle 64 mittels des Wärmeleitpads 76 sowie des Wärmeleitgels 74 an der Trennwand 50 verbessert.
Bei Betrieb des Elektromotors wird, wie in Figur 4 dargestellt, aufgrund des in dem weiteren Fach 46 erhöhten herrschenden Drucks die Trennwand 50 in Richtung des Elektronikfachs 52 ausgebeult. Hierbei wird das Wärmeleitpad 76 oder das Wärmeleitgel 74 verformt, wobei die Verformung elastisch ist. Infolgedessen wird eine thermische Anbindung der Wärmequelle 64 an dem Wärmeleitpad 76 und somit auch an der Trennwand 50 nicht beeinträchtigt sondern begünstigt. Auch erfolgt keine Verformung der Leiterplatte 58 und/oder der Wärmequelle 64, so- dass, insbesondere bei einer vergleichsweise hohen Temperatur der Elektronik 40, eine Beschädigung der einzelnen Komponenten im Wesentlichen ausge- schlossen ist. Zusammenfassend werden mittels der Anordnung des Wärmeleit- gels 74 und des Wärmeleitpads 76 mechanische Spannungen infolge von zu er- wartenden Verformungen der Trennwand 50 vermieden, insbesondere Verfor- mungen parallel zur Rotationsachse 28, die aufgrund des Druckunterschieds zwi- sehen dem Kältemittel 10 in dem weiteren Fach 76, in dem der Elektromotor 30 angeordnet ist, einerseits und dem Atmosphärendruck innerhalb des Faches 52 andererseits hervorgerufen werden.
Zusammenfassend erfolgt die Anbindung der zu entwärmenden Bauteile, also der Wärmequellen 64, über einen Aufbau aus Wärmeleitgel 74 und Wärmeleitpad 76, also Gapfiller und Gappad. Hierbei nimmt beim Zusammenbau das Wärmeleitgel 74 die Bauteil- und Fertigungstoleranzen auf. Zudem wird die thermische Anbin- dung zwischen der Wärmequelle 64 und dem Wärmeleitpad 76 hergestellt. Das Wärmeleitpad 76 befindet sich auf der Trennwand 50, die als Kühlkörper fungiert. Nach Einbau des Wärmeleitgels 74 ist das zusammengebaute System mecha- nisch entspannt und die Maß- und Prozesstoleranzen sind mittels des Wärmeleit- gels 74 abgefangen.
Bei Betrieb wird zweckmäßigerweise die Gehäusedurchbiegung, also die Verfor- mung der Trennwand 50, insbesondere größtenteils, mittels des Wärmeleitpads 76 aufgenommen. Da die Toleranzen im Aufbau jedoch nicht mittels des Wärme- leitpads 76 aufgenommen werden müssen, kann dieses vergleichsweise dünn ausgestaltet werden. Je nachdem, wie weich das Wärmeleitpad 76 und das Wär- meleitgel 74 sind, wird auch ein Teil der Verformung der Trennwand 50 mittels des Wärmeleitgels74 aufgenommen. Hierbei ist insbesondere die Dicke des Wärmeleitgels 74 ausschlaggebend, inwiefern Verformungen der Trennwand 50 mittels des Wärmeleitgels 74 aufgenommen werden. Somit wird die Kraft auf die Wärmequelle 64 sowie die Leiterplatte 58 verringert und mittels des Wärmeleit- pads 76 und des Wärmeleitgels 74 eine elektrische Isolation sichergestellt. Dabei ist auch eine zuverlässige Entwärmung der Wärmequelle 64 auf die Trennwand 50 gegeben. Aufgrund der vergleichsweise guten thermischen Anbindung ist es möglich, meh- rere Bauteile an der Leiterplatte 58 anzubinden, und Fertigung- und Maßtoleran- zen im Aufbau werden kompensiert sowie die elektrische Isolation sichergestellt. Auch ist eine mechanische Belastung der einzelnen elektrischen Komponenten reduziert. Bei einer Verformung der Trennwand 50 wird zudem ein Druck auf das Wärmeleitpad 76 und das Wärmeleitgel 74 erzeugt, der den thermischen Über- gang zwischen den Grenzflächen verbessert und somit die thermische Anbindung der Wärmequelle 64 an der Trennwand 50 verbessert.
Aufgrund der mechanischen Vorspannung wird die thermische Anbindung der Wärmequelle 64 an der Trennwand 50 verbessert, wobei die Wärmequelle 64 beispielsweise das elektrische/elektronische Bauteil, insbesondere der Leistungs- halbleiter 60, oder die Kupferfläche 62 ist. Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel be- schränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fach- mann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlas- sen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbei- spiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombi- nierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
2 Kraftfahrzeug
4 Vorderrad
6 Hinterrad
8 Kältemittelkreislauf
10 Kältemittel
12 elektromotorischer Kältemittelverdichter 14 Kondensator
16 Verdampfer
18 Bus-System
20 Kraftfahrzeugsteuerung
22 Bordnetz
24 Batterie
26 Sicherungseinrichtung
28 Rotationsachse
30 Elektromotor
32 Rotor
34 Stator
36 Welle
38 Verdichterkopf
40 Elektronik
42 Gehäuse
44 Zulauf
46 weiteres Fach
48 Ablauf
50 Trennwand
52 Elektronikfach
54 Durchkontaktierung
56 Gehäusedeckel
58 Leiterplatte
60 Leistungshalbleiter
62 Kupferfläche Wärmequelle
elektrisches/elektronisches Bauteil Dom
Schraube
Abstandselement
Wärmeleitgel
Wärmeleitpad

Claims

Ansprüche
1. Nebenaggregat (12) eines Kraftfahrzeugs (2), insbesondere elektromotori- scher Kältem ittel Verdichter, mit einem Gehäuse (42), das ein Elektronikfach (52) und ein weiteres Fach (46) aufweist, die mittels einer Trennwand (50) druckdicht voneinander getrennt sind, wobei in dem Elektronikfach (52) ei- ne Elektronik (40) mit einer Leiterplatte (58) angeordnet ist, an der eine Wärmequelle (64) angebunden ist, die über ein Wärmeleitgel (74) und ein Wärmeleitpad (76) mechanisch an der Trennwand (50) anliegt, wobei das Wärmeleitgel (74) und das Wärmeleitpad (76) thermisch in Reihe zwischen die Wärmequelle (64) und die Trennwand (50) geschaltet sind.
2. Nebenaggregat (12) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich das Wärmeleitpad (76) zwischen dem Wärmeleitgel (74) und der Trennwand (50) befindet.
3. Nebenaggregat (12) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Wärmeleitgel (74) eine ausgehärtete Flüssigkeit ist.
4. Nebenaggregat (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärmequelle (64) ein an der Leiterplatte (58) angebundener Leis- tungshalbleiter (60) ist.
5. Nebenaggregat (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärmequelle (64) eine an der Leiterplatte (58) angebundene Kup- ferfläche (62) ist.
6. Nebenaggregat (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitpad (76) und das Wärmeleitgel (74) zwischen der Wärmequelle (76) und der Trennwand (50) mechanisch vorgespannt sind.
7. Nebenaggregat (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leiterplatte (58) an dem Gehäuse (42) befestigt ist.
8. Nebenaggregat (12) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Trennwand (50) ein in das Elektronikfach (52) ragender Dom
(68) angebunden ist, an dem die Leiterplatte (58) befestigt ist.
9. Nebenaggregat (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Trennwand (50) ein in das Elektronikfach (52) ragendes Ab- standselement (72) angebunden ist, auf den die Leiterplatte (58) aufgelegt ist.
10. Nebenaggregat (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem weiteren Fach (46) ein Elektromotor (30) angeordnet ist, der mittels der Elektronik (40) betrieben ist.
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