DE102010062349A1

DE102010062349A1 - Zündspule mit integrierter Elektronik

Info

Publication number: DE102010062349A1
Application number: DE201010062349
Authority: DE
Inventors: Alwin Stegmaier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2012-06-06
Also published as: WO2012072312A1; US9129740B2; EP2647020A1; BR112013013672A2; US20130321975A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündspule, insbesondere für eine Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, umfassend ein Gehäuse (6), eine Primärwicklung (2) und eine Sekundärwicklung (3), und ein Elektronikbauelement (10, 11), ein hochwärmeleitendes, elektrisch isolierendes, elastisches Wärmeleitelement (12), welches zwischen dem Elektronikbauelement (10, 11) und dem Gehäuse (6) angeordnet ist, und ein thermisch und elektrisch isolierendes Gießmaterial (7), welches in das Gehäuse (6) eingebracht ist, um Zwischenräume im Gehäuse (6) aufzufüllen, wobei das Wärmeleitelement (12) das Elektronikbauelement berührt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündspule, insbesondere für Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen, mit einer integrierten Elektronik.
Zündspulen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Üblicherweise ist dabei eine Elektronik zur Ansteuerung der Zündspulen in einem zentralen Steuergerät eines Fahrzeugs angeordnet. Da Fahrzeuge jedoch immer mehr elektronische Einrichtungen aufweisen, ergeben sich für die Steuergeräte Bauraumprobleme und Probleme mit einer zu großen Erwärmung der Steuergeräte. Auch wird die Funktionalität der Elektronik immer umfangreicher. Daher gibt es Überlegungen, Steuerungselemente in die Zündspule zu integrieren. Durch die Integration einer Leiterplatte in eine Zündspule ergeben sich jedoch die folgenden Probleme: Da Zwischenräume der Zündspule mit Gießharz aufgefüllt werden, welches ein sehr schlechter Wärmeleiter ist, ergeben sich große Erwärmungen von Bauteilen der Leiterplatte bzw. der Leiterplatte selbst. Hierdurch können Beschädigungen an den Elektronikbauteilen auftreten. Weiterhin belasten Eigenspannungen des Gießharzes durch Schwund während des Aushärteprozesses die Elektronikbauteile, so dass die Gefahr einer Rissbildung und einer Beschädigung der Elektronikbauelemente besteht.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zündspule mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein Elektronikbauelement in die Zündspule integriert ist, wobei keine thermischen Beschädigungen des Elektronikbauelements auftreten. Auch wird das Elektronikbauelement durch Schwund während eines Aushärteprozesses eines Vergussmaterials nicht belastet. Somit weist die erfindungsgemäße Zündspule eine deutlich verlängerte Lebensdauer auf. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Zündspule ein Gehäuse sowie ein Wärmeleitelement mit hoher Wärmeleitfähigkeit, elektrisch isolierenden Eigenschaften sowie elastischen Eigenschaften aufweist. Das Wärmeleitelement ist zwischen einem Elektronikbauelement und dem Gehäuse angeordnet. Somit überdeckt das Wärmeleitelement das Elektronikbauelement und kann somit sehr gut Wärme vom Elektronikbauelement ableiten. Ferner verhindert das Wärmeleitelement, dass eine Vergussmasse über dem Elektronikbauelement vergossen wird und dort aushärtet und so zu unerwünschten Beschädigungen am Elektronikbauelement führen kann. Trotz der Integration des Elektronikbauelements weist die erfindungsgemäße Zündspule einen sehr kompakten Aufbau auf.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Besonders bevorzugt umfasst das Wärmeleitelement Silikon und eine wärmeleitende Keramik, welche im Silikon eingebettet ist. Hierbei übernimmt das Silikon die elastischen Eigenschaften, und die wärmeleitenden Eigenschaften werden durch die Keramik übernommen. Ferner sind beide Materialien elektrisch nicht-leitend. Alternativ umfasst das Wärmeleitelement einen elastischen Kunststoff und einen wärmeleitenden, elektrisch nicht-leitenden Füllstoff, z. B. ebenfalls Keramik.
Besonders bevorzugt ist das Elektronikbauelement eine Leiterplatte mit wenigstens einem elektronischen Bauteil, wobei das Wärmeleitelement die Leiterplatte und/oder das elektronische Bauteil berührt. Dies stellt eine exzellente Wärmeabfuhr bereit.
Das Wärmeleitelement ist besonders bevorzugt eine Folie. Hierdurch wird insbesondere eine Handhabung des Wärmeleitelements vereinfacht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Wärmeleitelement am Elektronikbauelement befestigt, vorzugsweise mittels einer Klebeverbindung. Wenn das Elektronikbauelement als Leiterplatte mit wenigstens einem elektronischen Bauteil ausgebildet ist, kann das Wärmeleitelement an der Leiterplatte und/oder dem elektronischen Bauteil befestigt sein.
Für eine besonders gute Wärmeabfuhr ist das Wärmeleitelement vorzugsweise direkt an einer Gehäuseinnenseite angeordnet und berührt die Gehäuseinnenseite.
Weiter bevorzugt ist für einen kompakten Aufbau das als Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen ausgebildete Elektronikbauelement senkrecht zu einer Axialrichtung der Zündspule angeordnet.
Weiter bevorzugt umfasst die Zündspule einen elektrischen Anschluss, wobei das Elektronikbauelement zwischen dem elektrischen Anschluss und einer Primärwicklung der Zündspule angeordnet ist. Auch hierdurch wird ein besonders kompakter Aufbau erreicht.
Für eine besonders gute Wärmeabfuhr sind vorzugsweise die elektronischen Bauteile nur an einer Seite der Leiterplatte angeordnet. Hierdurch ist es ausreichend, wenn das Wärmeleitelement nur an einer Seite der Leiterplatte angeordnet ist.
Weiter bevorzugt ist eine Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitelements größer oder gleich 2 W/mK, vorzugsweise größer oder gleich 5 W/mK, und weiter bevorzugt ist eine Durchschlagsfestigkeit des Wärmeleitelements größer oder gleich 1000 V/mm, besonders bevorzugt größer oder gleich 3000 V/mm.
Die erfindungsgemäße Zündspule wird besonders bevorzugt bei Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen verwendet.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Schnittansicht einer Zündspule gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine Zündspule 1 im Detail beschrieben. Die Zündspule 1 umfasst eine Primärwicklung 2, eine Sekundärwicklung 3 sowie einen inneren Kern 4 und einen äußeren Kern 5. Die Zündspule ferner umfasst ein Gehäuse 6, in welchem die Kerne und Wicklungen aufgenommen sind. Zwischenräume im Gehäuse 6 sind mittels einer Vergussmasse 7, z. B. einem Gießharz, ausgefüllt. Am Gehäuse 6 ist ferner ein elektrischer Steckeranschluss 8 sowie ein Hochspannungsanschluss 9 angeordnet.
Ferner umfasst die Zündspule 1 als Elektronikbauelement eine Leiterplatte 10, auf welcher eine Vielzahl von elektronischen Bauteilen 11 angeordnet ist. Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die elektronischen Bauteile 11 alle auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Leiterplatte 10 einerseits mit dem elektrischen Anschluss 8 und andererseits mit der Primärwicklung 2 verbunden. Weiterhin umfasst die Zündspule 1 ein Wärmeleitelement 12, welches zwischen einer Innenseite 6a des Gehäuses 6 und der Leiterplatte 10 angeordnet ist. Das Wärmeleitelement 12 weist neben hoch wärmeleitenden Eigenschaften weiter elektrisch isolierende Eigenschaften sowie elastische Eigenschaften auf. Das Wärmeleitelement 12 umfasst beispielsweise Silikon als Grundmaterial mit eingelegten, wärmeleitenden Keramiken. Das Wärmeleitelement 12 weist eine flächige Gestalt auf, vorzugsweise als Folie, und ist auf den elektronischen Bauteilen 11 mittels eines Klebstoffs aufgeklebt. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das Wärmeleitelement 12 dabei derart angeordnet, dass es im Bereich der elektronischen Bauteile etwas eingedrückt ist, so dass ein Abstand 13 zwischen einer Leiterplattenseite 2a, auf der die elektronischen Bauteile befestigt sind und der Innenseite 6a des Gehäuses 6 in einem Bereich von 1,5 mm bis 4 mm liegt.
Die Leiterplatte 10 ist dabei senkrecht zu einer Mittelachse X-X der Zündspule 1 angeordnet. Die Primärwicklung 2 und die Sekundärwicklung 3 sind dabei koaxial zur Mittelachse X-X angeordnet.
Eine Größe des Wärmeleitelements 12 ist dabei derart gewählt, dass sämtliche elektronischen Bauteile 11 von dem Wärmeleitelement 12 überdeckt werden. Es sei angemerkt, dass eine besonders einfache und schnelle Montage erreicht wird, wenn das Wärmeleitelement 12 zuerst auf der Leiterplatte 10 und/oder den elektronischen Bauteilen 11 angeordnet und fixiert wird und anschließend dieses so erzeugte Zwischenbauteil in das Gehäuse 6 eingelegt wird. Eine Fixierung des Zwischenbauteils kann dabei über die elektrischen Leitungen zum elektrischen Anschluss 8 und zur Primärwicklung 2 ermöglicht werden. Alternativ oder zusätzlich wäre es auch möglich, dass das Wärmeleitelement 12 an der Innenseite 6a des Gehäuses 6, z. B. mittels Kleben, befestigt wird. Anschließend wird dann die Vergussmasse 7 eingefüllt und ausgehärtet. Da die elektronischen Bauteile 11 in diesem Ausführungsbeispiel alle auf einer Seite der Leiterplatte 10 angeordnet sind, besteht nicht die Gefahr, dass die elektronischen Bauteile 11 durch schwindende Gussmasse während des Aushärteprozesses beschädigt wird. Gegebenenfalls auftretende Kräfte können durch das elastische Wärmeleitelement 12 aufgenommen werden, wobei sich das Wärmeleitelement 12 selbst verformen kann. Somit wird vermieden, dass die elektronischen Bauteile und/oder die Leiterplatte während der Herstellung beschädigt werden.
Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Wärmeleitelement 12 eine deutlich verbesserte Wärmeabfuhr von Wärme von den elektronischen Bauteilen 11. Da das Wärmeleitelement 12 direkt am Gehäuse 6 angeordnet ist und mit dem Gehäuse 6 in Kontakt steht, kann die Wärme weiter auf das Gehäuse und von dort an die Umgebung abgegeben werden. Hierdurch wird eine effektive Wärmeabfuhr an der Leiterplatte 10 ermöglicht, so dass keine thermische Schädigung von Leiterplatte und/oder elektronischen Bauteilen 11 auftreten kann.
Es sei angemerkt, dass als elektronische Bauteile beispielsweise Leitungsbausteine, z. B. Vierschicht-Halbleiterbauelemente (IGBT), Schaltungschips (ASIC) oder eine Schutzbeschaltung zur elektromagnetischen Verträglichkeit sein können. Erfindungsgemäß behindert somit die Gussmasse 7, welche aufgrund der elektrischen Isolation der Hochspannung in der Zündspule ein sehr schlechter Wärmeleiter ist, nicht mehr die Wärmeabfuhr an der Leiterplatte bzw. den elektronischen Bauteilen darauf. Somit kann erfindungsgemäß eine kostengünstige Integration eines Elektronikbauelements in die Zündspule realisiert werden.
Das Wärmeleitelement 12 ist somit flexibel und kompressibel und kann an den Positionen, an denen die elektronischen Bauteile 11 auf der Leiterplatte 10 angeordnet sind, eingedrückt werden (siehe 1).
Es sei angemerkt, dass das Wärmeleitelement 12 neben der in 1 gezeigten teilweisen Überdeckung der Leiterplatte sowohl die gesamte Leiterplatte überdecken kann oder auch nur über einzelnen oder mehreren, besonders heißen elektronischen Bauteilen 11 angeordnet werden kann. Bevorzugt ist jedoch eine flächige Ausdehnung des Wärmeleitelements 12, da dadurch die Wärme besser abgeführt werden kann. Auch werden dadurch Zwischenräume 14 zwischen den einzelnen elektronischen Bauteilen 11 vor einem Vergießen mit Vergussmasse 7 geschützt. Ferner kann durch das erfindungsgemäße, elastische Wärmeleitelement 12 auch ein Abbau von evtl. beim Aushärten in der Vergussmasse 7 auftretenden mechanischen Spannungen ermöglicht werden. Ein weiterer Vorteil des Wärmeleitelements 12 liegt in einem möglichen Ausgleich von geometrischen Toleranzen der Leiterplatte bzw. der elektronischen Bauteile 11.

Claims

Zündspule, insbesondere für eine Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, umfassend: – ein Gehäuse (6), – eine Primärwicklung (2) und eine Sekundärwicklung (3), und – ein Elektronikbauelement (10, 11), gekennzeichnet durch – ein hochwärmeleitendes, elektrisch isolierendes, elastisches Wärmeleitelement (12), welches zwischen dem Elektronikbauelement (10, 11) und dem Gehäuse (6) angeordnet ist, und – ein thermisch und elektrisch isolierendes Gießmaterial (7), welches in das Gehäuse (6) eingebracht ist, um Zwischenräume im Gehäuse (6) aufzufüllen, – wobei das Wärmeleitelement (12) das Elektronikbauelement berührt.
Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (12) Silikon und eine wärmeleitende Keramik umfasst, oder einen elastischen Kunststoff und einen wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Füllstoff umfasst.
Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikbauelement eine Leiterplatte mit wenigstens einem elektronischen Bauteil umfasst, wobei das Wärmeleitelement die Leiterplatte und/oder das elektronische Bauteil berührt.
Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement eine flexible Folie ist.
Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (12) am Elektronikbauelement befestigt ist, insbesondere mittels einer Klebeverbindung.
Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (12) eine Innenseite (6a) des Gehäuses (6) kontaktiert.
Zündspule nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte senkrecht zu einer Axialrichtung (X-X) der Zündspule angeordnet ist.
Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen elektrischen Anschluss (8), wobei die Leiterplatte zwischen dem elektrischen Anschluss (8) und der Primärwicklung (2) angeordnet ist.
Zündspule nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Bauteile nur auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet sind.
Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (12) eine Wärmeleitfähigkeit von größer oder gleich 2 W/mK, vorzugsweise größer oder gleich 5 W/mK, aufweist und/oder dass Wärmeleitelement eine Durchschlagsfestigkeit von größer oder gleich 1000 V/mm, vorzugsweise größer oder gleich 3000 V/mm, aufweist.