本实用新型涉及一种用于车辆的开关单元及应用其的设备。
背景技术：
在现今的车辆制造业中，所须控制的电气元件的数量不断持续增加。这不仅适用于车辆的所述整个动力传动系在其中是通过电动操作的电动领域，也适用于具有传统传动总成的车辆以及也适用于商用车辆领域。其中，所述控制系统的复杂程度也由此进一步增加，即：不断有越来越多的电控子系统必须受到电气保护，并且必须进行所述电流的测量，以便能够通过控制技术影响所述元件的功能。另一方面，对于电气控制元件而言存在的安装空间继续受到限制。因此，研发者就面临这一任务，即：要以适当的方式来放置额外的电气和电子元件用于所述控制，并且同时不仅要注意高机械稳定性、极少的空间需要和成本效益，而且还要关注由所述元件制造的所述热量的充分排放。
电池驱动的车辆、就像例如混合动力车辆通常装配有开关单元，即所谓的控制箱或者开关箱(S-Box)，所述开关单元使得电池与车辆驱动电子设备之间能够实现可有开关控制的连接。在这些开关箱中安装有元件，所述元件根据负载要求通常相当大且重，同时产生了显著的损耗功率。此外，这些元件经常具有不规则的尺寸规格，被电隔离，由此很难能够以传统的方式，例如通过用于散热的填隙物或隔热垫，被导热连接。
这连同在车辆制造中一直受限的可用空间一起就给相应设计的机械、热力以及也包括EMV相关的强度方面带来了相当特殊的挑战。对于这些挑战以及其他由此引出的挑战，本实用新型都会予以考虑。
技术实现要素：
鉴于这种背景，有需提供一种对于具有更好散热的封装开关单元的解决方案。所述开关单元尤其是要布置得节省安装空间和重量，且机械强度更高，并且能够以节省成本的方式来制造。这一目的是通过下文各种实施例中描述的装置得以实现。一种同样有利的应用在具体实施例中记载。实施例的说明内容分别是有利的设计。要注意的是，在实施例中单独列举的特征可以任意的、在技术上有意义的方式相互结合，由此指明本实用新型的更多其他设计。另外，说明书，尤其是与附图相结合，说明并指定了本实用新型的特性。
本实用新型涉及一种用于车辆的开关单元，该开关单元具有界定外壳外部与外壳内部的外壳，也被简称为封装开关单元。所述开关单元具有至少一个被布置在所述外壳内部的电气元件。所述外壳例如用于环绕式地包覆所述至少一个电气元件。所述电气元件例如是电磁继电器、保险装置，如熔断保险装置或者双极晶体管。所述“电气元件”的概念，下面也仅称作“元件”，根据本实用新型要从广义上来解释，涉及每种要电气接触的、即电气式的、电子式的或者机电式的结构元件，在其中，要通过散热导出其损耗热量，以便提高这种结构元件的效率等级和/或避免其由于过热或者由于在所述外壳内相邻的结构元件而受损。
因此，根据本实用新型，一种电子式的、被布置在电路板上且通常包含多个结构元件的组合件也被理解为是本实用新型定义中的电气元件。此外，根据本实用新型规定了用于在所述外壳外部上电气接触所述至少一个电气元件的装置。换句话说，这种装置被设置为用于自外部起接触所述各种元件。这种用于电气接触的装置具有多个导体轨道，所述导体轨道被布置为与所述外壳内部的表面邻接或者被布置在所述外壳的壁面内。所述外壳至少在所述导体轨道的区域内被这样设计，使得所述电气元件通过所述导体轨道和/或其他导体段而与所述外壳外部处于导热接触。因此，所述导体轨道一方面用于电气接触，但也用于导出所述每个元件的损耗热量，这是通过所述相关联的导体轨道恰恰例如不是自由地通过由所述外壳内部限定的空心容量来引导，而是被布置得与所述外壳内部的表面、也简称为外壳内面邻接或者被集成在所述外壳的壁面内这种方式实现的。由此实现了由外壳内部的所述电子元件向外壳外部的更加有效的热量过渡。此外，所述导体轨道另外还有支承性的、给所述外壳加固的作用，从而所述开关单元的所述机械强度相对于传统设计而言得到提高。此外，也可节省安装空间和重量。此外，所述开关单元的所述根据本实用新型的布置容许其实现大规模的自动化制造，尤其是在节省手动加工步骤的同时，因而能够以更节省成本的方式来制造所述根据本实用新型的开关单元。
除了所述导体轨道以外，分别根据所述电子元件在所述外壳内的布置方案，以及分别根据所述元件的结构形式，设置其他的导体段，所述导体段被布置在所述电气元件与所述一个或多个导体轨道之间，以便建立所述导热和导电的连接。
优选所述外壳至少在所述导体轨道的区域内由导热的塑料和/或金属制造。优选其由导热的塑料制造。例如涉及一种包含金属颗粒夹杂物的热塑塑料。补充方案或者替选方案是，可设置导热的涂层和/或由导热材料、例如金属构成的插入物。
优选所述外壳界定了闭合的、优选为密封闭合的外壳内部。所述外壳优选被构造为多件式。所述外壳的为了所述导体轨道的所述邻接布置或集成所设置的部分优选被设计为平面的顶盖，而所述外壳的剩下的余部则被设计为盖帽，所述盖帽具有界定所述外壳内部的空心容量。
优选所述导体轨道分别由金属片、优选铜片例如通过冲制或者激光制造。优选每个电流方向的所述导体轨道由一种金属片制造，并且定义了一种平齐的平面结构。
优选所述导体轨道被布置在同一个平面内，下面也被称作覆层或是单层结构，或者被布置在更多个彼此平行布置的平面内，相应地也被称作为覆层或是多层结构。所述导体轨道例如定义了完全同一个电流方向，两个平面或者说覆层中的分别一个。由此实现了更好的电磁屏蔽。
所述用于电气接触的装置优选另外包括其他的导体段，所述导体段分别被设置在所述电气元件与所述其他导体轨道的相应的导体轨道之间，并且具有垂直于所述相应导体轨道定向的延伸方向。这些导体段例如被设计为柱状(热电堆)或者被设计为角形金属片，例如与所述元件和/或所述导体轨道之间用螺钉拧紧或者用铆钉钉紧。
根据一种优选的设计，所述开关单元具有多个不同结构类型的电气元件，所述电气元件全部至少分段地借助所述多个导体轨道被电气接触。
优选所述导体轨道例如通过挤压包封被嵌进所述外壳的所述材料、例如热塑塑料内。
根据一种优选的设计，所述用于电气装置的装置具有多个被布置在所述外壳外部的连接装置，用于与相关联的车辆上的导电轨连接。这些装置例如被设计为用于与所述车辆上的导电轨之间的力配合连接。
此外，本实用新型涉及一种由上述其中一种实施方式中的开关单元和散热件构成的装置，其中，所述散热件在所述外壳内部的表面的区域内或者在所述导体轨道被布置在其上的所述壁面的区域内被布置得与所述外壳外部邻接。所述散热件例如由金属或者金属的合金构成，并且具有多个散热棱条、散热片、散热叶片和/或散热棒，以便扩大热辐射的面积。所述“散热件”的概念要从广义上来解释，指的是每种适用于从其自身通过对流和热辐射引起向周围环境的放热并且由此通过与所述开关单元的触摸接触引起该开关单元散热的零件，其中，与所述开关单元相比，所述散热件本身还有利于扩大所述各个为对流和热辐射所提供的面积。在这种意义上，车辆的支承件、例如所述车辆车架也可被理解为是本实用新型定义中的散热件，如果所述开关单元被布置得与其邻接。
根据一种优选的设计，所述散热件在所述散热件的为了与所述外壳外部的邻接布置所规定的区域内具有导热的填隙式涂层，例如由导热胶、可导热的胶黏剂构成的覆层或者是导热垫(隔热垫)。替选方案以及要被看作为是等效方案的是，所述外壳外部还可在相关联的区域内具有导热的填隙式涂层，例如由导热胶构成的覆层。
此外，本实用新型涉及所述开关单元在上述其中一种实施方式中在车辆中、尤其是电动车辆、例如电动自行车或者电动客车中的应用。
因为，为了所述封装开关单元的散热，在车辆所规定的安装位置上提供了相应的散热面(热壑)，所述根据本实用新型的解决方案的目的是，要使得在所述各个电气元件上产生的损耗功率在尽可能短的距离上、以尽可能小的热阻向这一热壑导出，例如通过上述其他的、可能为柱状的导体段，也称作热电堆。
针对上述目的，所述外壳的所述整个为了与所述散热面触摸接触所设置的外壳内面就尽可能地是一种相应被设置得坚固的平面结构，该平面结构也被称作引线框架，并且该平面结构由铜片所冲制的、连通的导体轨道构成，被布置得邻接或者被集成到所述相应的外壳壁面内。所要散热的所述电气元件通过上述热电堆而直接与由导体轨道构成的所述平面结构连接。
本实用新型在这背后的基本思想是，要将热量由所述热源、即所述电气元件中有效地导入到所述导体轨道内，在该处即要在所述平面结构内、或者说在由连通的导体轨道构成的覆层内铺展开，并且自该处起慢慢地、始终如一地通过所述外壳壁面向所述散热件释放。
上述设计具有另外的优点，即：所述整个引线框架参与了所述热铺展，并且不仅是就像否则常见的那样在导体正好负载的时刻；一种分别根据所述开关单元的复杂程度而可能出现的情况(划分前轴/后轴，负载电路等)。
由此还实现了，由于热辐射而向其他例如被包含在所述开关单元的外壳内的并且尽可能灵敏的零部件和电路所释放的热量同样被最小化。
由此也实现了，可放弃单独隔离否则为此所使用的导电轨。所述带电导体的大部分靠近所述外壳，并且由此在空间上与例如松散的电缆线束以及诸如此类隔离开来。
由此也实现了，能够基本或者甚至完全放弃传统的弯曲冲压件。通过使用多个相同零件，可避免零部件多样化，适当情况下可节省零部件。
此外，通过弯曲的最小化，实现了遵循更小的公差。可在制造所述根据本实用新型的开关单元时，使用更加简单的工具。总而言之，就是可通过最小化“绕弯路”，来实现相比而言更轻的重量(更好的材料利用率)。
所述根据本实用新型的设计具有另一种优点，即：所述导体轨道或者说由导体轨道构成的所述引线框架可被一同用来固定所述沉重的元件。
所述根据本实用新型的设计具有另外的优点，即：可就在所述电气元件的不同位置上调整，而不用改变所述制造工具，例如弯曲工具。
所述根据本实用新型的设计具有这样的优点，即：通过所述导体轨道或者说所述引线框架的简单的沿边切割，就可呈现更少的件数或者样本数量(小型冲制弯曲工具)。
所述根据本实用新型的设计具有这种优点：即：通过所述导体轨道的有可能为多层的布置或者说通过所述引线框架的多层式结构，在空间需求仅仅略微更高的同时，也能够构成更加复杂的布线，并且，通过所述多层式结构，能够克服EMV干扰(负正负层)。
此外，所述导体轨道可选择不同的层厚，来针对不同的电气负载要求。所述设计尤其是具有这种优点，即：通过调整所述导体轨道密度，即便是在单层的变型中，也能够很容易实现不同的负载要求。
附图说明
借助下面的附图进一步阐述本实用新型。其中，该附图仅为示例性说明，仅仅表示优选的实施变型。
本实用新型的更多特征和优点由下述实施例的说明中得出，但其不应被理解为限定本实用新型。下面参照附图进一步阐述所述实施例。在示意性的附图中：
图1为根据本实用新型的封装开关单元的一实施例的侧面剖图；
图2为根据本实用新型的封装开关单元的另一实施例的侧面剖图；
图3为根据本实用新型的封装开关单元的另一实施例的透视截图；
图4为根据本实用新型的封装开关单元的另一实施例的侧视图；
图5为图1中的开关单元的电气元件的透视细节图；
图6为图4中的开关单元的电气元件的透视细节图；以及
图7为图1中的开关单元的电气元件的透视细节图。
在上述不同附图中，在其功能方面等效的零件始终标有相同的标记，因此，对这些零件通常也仅作一次性说明。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本实用新型的开关单元1的一种实施例的侧面剖图。开关单元1具有外壳2，所述外壳界定了外壳外部3和外壳内部4。外壳2尤其是在如图1所示的开关单元1中界定了闭合的外壳内部4，所述外壳内部优选甚至为密封闭合。
如从图1中所看到的，在开关单元1的所示实施例中，在外壳内部4中，示例性地布置了两个电气元件5和6。电气元件5、6在开关单元1运行的过程期间由于在其中由此产生的电气损耗功率而分别构成了热源。此外，设置了由外壳外部3电气接触电气元件5、6的装置，其中，这种用于电气接触的装置包括多个被布置得与外壳内部4邻接或者被布置在外壳内部4表面上的导体轨道7。在如图1所示的示例中，导体轨道7被示例性地布置在外壳底部8上。多个导体轨道7也可被布置在外壳2的壁面上或者壁面内。
电气元件5、6可例如为电子式的或者机电式的开关元件，如继电器、双极晶体管或保险装置或者是电流测量元件。它们也可以是电子式的、被安装在电路板上的组合件。
如从图1中另外可以看出的，外壳2至少在导体轨道7的区域内被这样设计，使得电气元件5、6通过导体轨道7以及在开关单元1的所示实施例中也通过其他的导体段9而与外壳外部3处于导热接触。在这种情况下，两个在图1中示例性示出的电气元件5、6可以是不同的结构类型。在每种情况下，它们都全部至少分段地借助多个导体轨道7、在所示的开关单元1中也通过在电气元件5、6与导体轨道7之间所分别插入的其他导体段9而被电气接触。
因此，就像在图1所示的开关单元1中所可以看到的那样，用于使电气元件5、 6与外壳外部3电气接触的装置既包括导体轨道7，也包括分别在电气元件5或6与相关联的导体轨道7之间所设置的多个导体段9。就像在图1中所可以清楚看出的那样，导体段9具有垂直于相应的导体轨道7定向的、柱状的延伸方向。
导体轨道7由金属片、优选铜片例如通过冲制或者激光制造。就像在如图1所示的示例中所可以看到的那样，导体轨道7被布置在同一个平面上。但它们也可被布置在多个彼此平行布置的平面上。
尤其优选地，被布置在一个或多个平行平面内的导体轨道7被设置为坚固的平面结构，该平面结构也被称作为引线框架并且由铜片所冲制的、连通的导体轨道7构成。这一引线框架可有利地被布置为邻接、尽可能接触整个为电气元件5、6的散热所设置的外壳2的外壳内面、在此例如为外壳底部8，或者被集成到相关联的、所要散热的电气元件5、6通过导体轨道或者导体段9被直接与其连接的外壳壁面内。如图1 中所示，所示开关单元1的导体轨道7例如通过挤压包封被嵌进外壳2的材料内，尤其是嵌进外壳底部8内。
此外，在图1中示出了，外壳2在导体轨道7的区域内、在所示实施例中即在外壳底部8的区域内具有导热的涂层10。外壳2将可能至少在这一区域内也具有导热的塑料和/或金属和/或由导热材料构成的插入物。
此外，开关单元1的如图1中所示的实施例显示了散热件11，所述散热件被布置得与包含导体轨道7的外壳底部8邻接，其中，在外壳底部8与散热件11之间布置有导热的填隙式涂层10，例如以导热垫、导热胶、可导热的胶黏剂以及诸如此类的形式。散热件11在开关单元1运行的过程期间构成了热壑或者说散热面，在该热壑或者说散热面上，由热源或者说电气元件5、6在开关单元1运行过程期间所产生的损耗热量在尽可能短的距离上并且以尽可能小的热阻借助导体轨道7和导体段9被导出。
此外，用于由外壳外部3电气接触电气元件5、6的装置还具有多个在图1中未示出的、被布置在外壳外部3的连接装置，用于连接相关联的车辆上的导电轨。
图2示意性地示出了一种根据本实用新型的开关单元12的另一种实施例的侧面剖图。如图2中可以看出的，导体轨道7或者说构成这一导体轨道的引线框架在开关单元12中在外壳内部4内被布置得邻接外壳底部8，并且不像在如图1所示的开关单元1中那样嵌进外壳底部8。
图3示出了根据本实用新型的开关单元13的另一种实施例的透视截图。如图3 中所示，开关单元13的外壳底部8被设计为多件式，并且在此具有至少一个上部14 以及可相应地与这一上部插接到一起的下部15。外壳底部8的上部14和下部15在被插接到一起的状态下至少在局部构成了间隙，不仅是导体轨道7，由导热材料构成的插入物16、例如隔热垫也被定位在所述间隙内。如从图1中可以看出的那样，插入物16被插入导体轨道7与外壳底部8的下部15之间，以便优化导体轨道7与外壳底部8、或者说其下部15之间的热传导，由此改进例如三个在开关单元13内所容纳的电气元件17、18和19向外壳外部3的散热。
图4示出了根据本实用新型的开关单元20的另一种实施例的侧面图。开关单元 20示例性地具有电气元件21，所述电气元件构成了一种在图4中借助矩形框架象征性示出的热源22。外壳底部8构成了在图4中借助另一个矩形的框架象征性示出的热壑23。在图4中，另外可以看到两个被布置在外壳外部3的、连接电缆形式的连接装置24，以便开关单元20与相关联的车辆上的导电轨(未示出)的连接。
图5示出了图1中的开关单元1的电气元件6的透视细节图。可以看出，电气元件6通过两个柱状的导体段9与在图5中仅象征性示出的导体轨道7或者说构成这一导体轨道的所述引线框架既导电地连接，也形成热连接。导体轨道7或者说所述引线框架在这种情况下构成了热壑23，在热源22中产生的损耗热量在电气元件6运行的过程期间通过导体段9被导出到该热壑。
图6示出了图4中的开关单元20的电气元件21的透视细节图。在图6中可以看出，电气元件21通过两个柱状的导体段9与在图6中仅象征性示出的导体轨道7或者说构成这一导体轨道的所述引线框架既导电地连接，也形成热连接。导体段9在本实施例中被设计为是热电堆。导体轨道7或者说所述引线框架构成了热壑23，在热源22中产生的损耗热量在电气元件21运行的过程期间通过导体段9被导出到该热壑。
图7示出了图1中的开关单元1的电气元件5的透视细节图。在图7中可以看出，电气元件5也通过两个柱状的导体段9与图7中同样仅象征性示出的导体轨道7或者说构成这一导体轨道的引线框架既导电地连接，也形成热连接。导体段9在本实施例中也被设计为是热电堆。导体轨道7或者说所述引线框架构成了热壑23，在热源22 中产生的损耗热量在电气元件5运行的过程期间通过导体段9被导出到该热壑。
在优选的实施方式中，根据本实用新型的开关单元被应用在车辆中，优选应用在电动车辆中，例如电动自行车或者电动客车中。
标记说明
1 开关单元
2 外壳
3 外壳外部
4 外壳内部
5 电气元件
6 电气元件
7 导体轨道
8 外壳底部
9 导体段
10 导热涂层
11 散热件
12 开关单元
13 开关单元
14 8的上部
15 8的下部
16 由导热材料构成的插入物
17 电气元件
18 电气元件
19 电气元件
20 开关单元
21 电气元件
22 热源
23 热壑
24 连接电缆。