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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Steuergeräteeinheit und ein Verfahren zum Herstellen einer Steuergeräteeinheit.
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Stand der Technik
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Steuergeräteeinheiten werden zum Steuern einer Vielzahl unterschiedlicher Vorrichtungen verwendet. Die Steuergeräteeinheit kann z.B. Teil einer Getriebesteuerung in einem Kraftfahrzeug sein. Die Steuergeräteeinheit wird hierbei üblicherweise in einer Getriebeölumgebung betrieben. Zum Schutz von elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen der Steuergeräteeinheit weist die Steuergeräteeinheit ein Vergussmaterial auf, das die elektrischen Bauelemente bzw. zumindest die Verbindung zwischen den elektrischen Bauelementen und einem Schaltungsträger bzw. einer Leiterplatte der Steuergeräteeinheit flüssigkeitsdicht bedeckt bzw. gegenüber der Umgebung abdichtet.
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Das Vergussmaterial wird oftmals auf den Schaltungsträger bzw. die Leiterplatte aufgebracht, indem zunächst eine zähflüssige Schicht („Dam“) als eine Art Wall oder Rand auf die Leiterplatte aufgebracht wird. Anschließend wird um den Bereich der Leiterplatte, der von der zähflüssigen Schicht vollständig umschlossen ist, ein flüssiges bzw. verflüssigtes Vergussmaterial („Fill“) aufgebracht und anschließend ausgehärtet. Anschließend wird ein Kühlkörper derart angeordnet, dass der Kühlkörper das Vergussmaterial unmittelbar kontaktiert, um Wärme von dem Schaltungsträger bzw. der Leiterplatte und den elektrischen Bauelementen abzuführen.
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Nachteilig hieran ist, dass die Herstellung der Steuergeräteeinheit technisch aufwändig ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Steuergeräteeinheit bzw. ein Verfahren zum Herstellen einer Steuergeräteeinheit gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine technisch einfache Steuergeräteeinheit mit einem Kühlkörper mit einer guten Kühlleistung bereitzustellen bzw. eine Steuergeräteeinheit mit einem Kühlkörper mit einer guten Kühlleistung technisch einfach herzustellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Steuergeräteeinheit, insbesondere für eine Getriebesteuerung in einem Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, wobei die Steuergeräteeinheit folgendes umfasst: eine Leiterplatte mit auf der Leiterplatte angeordneten elektrischen Bauelementen, ein Vergussmaterial, das die Leiterplatte zumindest teilweise und zumindest einen Teil der elektrischen Bauelemente flüssigkeitsdicht gegenüber der Umgebung abdichtet, und einen Kühlkörper zum Ableiten von Wärme von der Leiterplatte und/oder den elektrischen Bauelementen, wobei das Vergussmaterial den Kühlkörper kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper als Aufnahmewanne zum Aufnehmen des vor einem Aushärten flüssigen Vergussmaterials ausgebildet ist.
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Vorteilhaft hieran ist, dass die Steuergeräteeinheit typischerweise technisch besonders einfach herstellbar ist. Zudem besteht im Allgemeinen ein großflächiger Kontakt zwischen dem Vergussmaterial und dem Kühlkörper. Hierdurch kann die Wärme besonders effektiv abgeführt werden. Zudem berührt der Kühlkörper üblicherweise nicht nur eine Seite des Vergussmaterials, sondern mehrere Seiten des Vergussmaterials, so dass die Wärme besonders schnell und über eine besonders kurze Strecke abgeführt werden kann. Zudem wird typischerweise kein zähflüssiges Material als Damm bzw. Wall bzw. Rand (sogenannter „Dam“) benötigt, sondern es wird als flüssiges Material nur das Vergussmaterial selbst benötigt. Die Leiterplatte kann in der Regel gleichzeitig als Schaltung und Verdrahtung der Bauelemente dienen. Darüber hinaus benötigt die Steuergeräteeinheit üblicherweise kein Gehäuse. Auch kann die Steuergeräteeinheit typischerweise sehr kompakt ausgebildet sein, d.h. ein besonders geringes Volumen aufweisen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Steuergeräteeinheit, insbesondere für eine Getriebesteuerung in einem Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen einer Leiterplatte mit auf der Leiterplatte angeordneten elektrischen Bauelementen; Bereitstellen eines Kühlkörpers, wobei der Kühlkörper zum Ableiten von Wärme und als Aufnahmewanne zum Aufnehmen eines flüssigen Vergussmaterials ausgebildet ist; Anordnen der Leiterplatte derart, dass der Kühlkörper die Leiterplatte teilweise umgibt; Einbringen von Vergussmaterial in den Kühlkörper derart, dass die Leiterplatte zumindest teilweise und zumindest ein Teil der elektrischen Bauelemente flüssigkeitsdicht gegenüber der Umgebung abgedichtet sind; und Aushärten des Vergussmaterials
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Ein Vorteil hiervon ist, dass die Steuergeräteeinheit im Allgemeinen technisch besonders einfach hergestellt wird. Zudem wird in der Regel ein besonders großflächiger Kontakt zwischen dem Vergussmaterial und dem Kühlkörper hergestellt. Hierdurch kann die Wärme besonders effektiv abgeführt werden. Zudem berührt der Kühlkörper üblicherweise nicht nur eine Seite des Vergussmaterials, sondern mehrere Seiten des Vergussmaterials, so dass die Wärme besonders schnell und über eine besonders kurze Strecke abgeführt werden kann. Zudem wird typischerweise kein zähflüssiges Material als Damm bzw. Wall bzw. Rand (sogenannter „Dam“) benötigt, sondern es wird als flüssiges Material nur das Vergussmaterial selbst benötigt. Die Leiterplatte kann in der Regel gleichzeitig als Schaltung und Verdrahtung der Bauelemente dienen. Darüber hinaus wird für das Herstellen der Steuergeräteeinheit typischerweise kein Gehäuse benötigt. Auch kann hierdurch eine Steuergeräteeinheit hergestellt werden, die im Allgemeinen sehr kompakt ausgebildet ist, d.h. ein besonders geringes Volumen aufweist.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, einen Kühlkörper als Aufnahmewanne zum Aufnehmen des flüssigen Vergussmaterials vorzusehen. Hierdurch kann das Vergussmaterial ohne zähflüssigen Rand technisch einfach derart auf eine Leiterplatte aufgebracht werden, dass das Vergussmaterial die elektrischen Bauelemente bzw. die Verbindung der elektrischen Bauelemente mit der Leiterplatte flüssigkeitsdicht gegenüber der Umgebung abdichtet. Zudem ist hierdurch ein besonders großflächiger Kontakt zwischen dem Vergussmaterial und dem Kühlkörper vorhanden, wodurch die Wärme besonders gut abgeführt werden kann.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen der Steuergeräteeinheit bzw. des Verfahrens zum Herstellen einer Steuergeräteeinheit beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die elektrischen Bauelemente auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte angeordnet und das Vergussmaterial bedeckt zumindest einen Teil der Bauelemente auf beiden gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte flüssigkeitsdicht. Hierdurch kann die Steuergeräteeinheit typischerweise besonders kompakt ausgebildet sein. Zudem können durch die Ausbildung des Kühlkörpers als Aufnahmewanne im Allgemeinen technisch einfach Bauelemente auf beiden Seiten der Leiterplatte flüssigkeitsdicht abgedichtet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Kühlkörper derart ausgebildet, dass die Abstände zwischen den auf einer dem Kühlkörper zugewandten Seite der Leiterplatte angeordneten elektrischen Bauelementen und dem Kühlkörper jeweils gleichgroß sind. Hierbei kann der Kühlkörper im Allgemeinen somit die Silhouette der Bauelemente auf der dem Kühlkörper zugewandten Seite der Leiterplatte abbilden. Vorteil hiervon ist typischerweise u.a., dass die Abführwege der Wärme von jedem der elektrischen Bauelemente zu dem Kühlkörper im Wesentlichen gleich lang ist. Somit wird die Wärme in der Regel besonders gleichmäßig abgeführt. Darüber hinaus wird in der Regel besonders wenig Vergussmaterial benötigt.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Kühlkörper eine parallel zu der Leiterplatte verlaufende Unterseite und vier senkrecht zu der Leiterplatte verweisende Wandbereiche auf, wobei die Wandbereiche unmittelbar angrenzend an die Unterseite ausgebildet sind. Vorteilhaft hieran ist, dass die Leiterplatte in der Regel besonders gut von der Aufnahmewanne teilweise umschlossen ist. Hierdurch kann die Wärme von der Leiterplatte typischerweise besonders effektiv abgeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen zwei sich gegenüberliegende seitliche Enden der Leiterplatte in Richtung der größten Ausdehnung der Leiterplatte einen gleichgroßen Abstand zu dem Kühlkörper auf. Vorteilhaft hieran ist, dass die Wärme von der Leiterplatte im Allgemeinen besonders gleichmäßig abgeführt werden kann bzw. wird.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Dicken des Vergussmaterials auf einer dem Kühlkörper abgewandten Seite der Leiterplatte und/oder den auf einer dem Kühlkörper abgewandten Seite der Leiterplatte angeordneten Bauelementen jeweils gleichgroß. Ein Vorteil hiervon ist, dass die beiden gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatten typischerweise besonders gleichmäßig gekühlt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Leiterplatte mittels des Vergussmaterials an dem Kühlkörper befestigt. Hierdurch ist die Herstellung der Steuergeräteeinheit in der Regel noch einfacher. Zudem ist die Verbindung zwischen dem Vergussmaterial und dem Kühlkörper typischerweise besonders flüssigkeitsdicht und/oder besonders langlebig.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens sind die Bauelemente auf einer ersten Seite der Leiterplatte und auf einer zweiten der ersten Seite gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte angeordnet und das Vergussmaterial wird derart in den Kühlkörper eingebracht, dass alle Bauelemente auf der ersten Seite und zumindest ein Teil der Bauelemente auf der zweiten Seite flüssigkeitsdicht gegenüber der Umgebung abgedichtet sind. Hierdurch kann in der Regel eine besonders kompakte Steuergeräteeinheit hergestellt werden. Zudem werden hierdurch üblicherweise durch die Ausbildung des Kühlkörpers als Aufnahmewanne technisch einfach Bauelemente auf beiden Seiten der Leiterplatte flüssigkeitsdicht gegenüber der Umgebung abgedichtet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Kühlkörper derart ausgebildet und die Leiterplatte wird derart angeordnet, dass die Abstände zwischen den auf einer dem Kühlkörper zugewandten Seite der Leiterplatte angeordneten elektrischen Bauelementen und dem Kühlkörper jeweils gleichgroß sind. Hierbei kann der Kühlkörper im Allgemeinen somit die Silhouette der Bauelemente auf der dem Kühlkörper zugewandten Seite der Leiterplatte abbilden. Vorteil hiervon ist typischerweise u.a., dass die Abführwege der Wärme von jedem der elektrischen Bauelemente zu dem Kühlkörper im Wesentlichen gleich lang ist. Somit wird die Wärme bei einer derart hergestellten Steuergeräteeinheit in der Regel besonders gleichmäßig abgeführt. Darüber hinaus wird in der Regel besonders wenig Vergussmaterial benötigt.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuergeräteeinheit;
- 2 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Steuergeräteeinheit aus 1; und
- 3 zeigt eine Querschnittsansicht der Steuergeräteeinheit aus 2 entlang der Ebene III.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuergeräteeinheit 10. 2 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Steuergeräteeinheit 10 aus 1. 3 zeigt eine Querschnittsansicht der Steuergeräteeinheit 10 aus 2 entlang der Ebene III.
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Die Steuergeräteeinheit 10 umfasst eine Leiterplatte 20, die als Schaltungsträger und Verdrahtungsträger fungiert. Auf den beiden gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte 20 sind elektrische Bauelemente 21-27 bzw. elektronische Bauelemente 21-27 angeordnet. Die elektrischen Bauelemente 21-27 sind mit der Leiterplatte 20 elektrisch verbunden und auf der Leiterplatte 20 befestigt. Die elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente 21-27 können z.B. Induktivitäten, Kondensatoren bzw. Kapazitäten, Widerstände und/oder integrierte Schaltungen bzw. Transistoren sein.
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Die Steuergeräteeinheit 10 dient zum Steuern eines Getriebes. Die Steuergeräteeinheit 10 wird in einer Getriebeölumgebung eingesetzt. Dies bedeutet, dass die Steuergeräteeinheit 10 vollständig von Getriebeöl umgeben ist.
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Ein Kühlkörper 40 (englisch „heat spreader“) als Wärmesenke ist in Form einer Aufnahmewanne ausgebildet. Der Kühlkörper 40 umschließt die Leiterplatte 20 teilweise. Der Kühlkörper 40 ist nach oben hin in 3 offen. Der Kühlkörper 40 umfasst eine Bodenplatte und vier an die Bodenplatte angrenzende senkrecht zur Bodenplatte verlaufende Wandseiten. Die Leiterplatte 20 ist somit an fünf von sechs Seiten von dem Kühlkörper 40 umgeben.
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Die Leiterplatte 20 wird zwischen den Wandseiten des Kühlkörpers 40 angeordnet. Entweder kann die Leiterplatte 20 z.B. durch Drähte, Fäden oder ähnliches an ihrer Position gehalten werden oder die Leiterplatte 20 kann eine oder mehrere Anstoßflächen zum Kontaktieren des Kühlkörpers 40 aufweisen, auf denen die Leiterplatte 20 auf dem Kühlkörper 40 ruht.
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Die Leiterplatte 20 wird mittig zwischen den Seitenwänden des Kühlkörpers 40 angeordnet. Dies bedeutet, dass der Abstand der Leiterplatte 20 von den Seitenwänden jeweils gleichgroß ist.
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Anschließend wird ein flüssiges bzw. verflüssigtes Vergussmaterial 30 in den Kühlkörper 40 eingebracht, während die Bodenplatte des Kühlkörpers 40 wie in 3 gezeigt horizontal verläuft. Das Vergussmaterial 30 ist getriebeölbeständig. Z.B. ist das Vergussmaterial 30 ein Epoxidharz.
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Das Vergussmaterial 30 wird drucklos und ohne Formwerkzeug(e) in den Kühlkörper 40 eingebracht. Somit können auch druckempfindliche elektrische bzw. elektronische Bauelemente 21-27 mit dem Vergussmaterial 30 flüssigkeitsdicht gegenüber der Umgebung abgeschlossen bzw. abgedichtet werden. Das Vergussmaterial 30 wird mittels eines Dispens-Prozesses in den Kühlkörper 40 eingebracht.
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Es wird soviel Vergussmaterial 30 eingebracht, dass der gesamte Bereich zwischen der Leiterplatte 20 und dem Kühlkörper 40 mit Vergussmaterial 30 gefüllt ist und dass zumindest ein Teil der auf der Oberseite der Leiterplatte 20 (d.h. die dem Kühlkörper 40 abgewandte Seite der Leiterplatte 20) angeordneten Bauelemente 21-27 von dem Vergussmaterial 30 bedeckt sind. In 3 sind alle Bauelemente 21-27 auf der oberen Seite der Leiterplatte 20 mit dem Vergussmaterial 30 bedeckt.
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Anschließend wird das Vergussmaterial 30 ausgehärtet. Nun ist die Leiterplatte 20 mit den elektronischen Bauelementen 21-27 flüssigkeitsdicht gegenüber der Umgebung abgedichtet.
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Auf der unteren Seite und den seitlichen Seiten des Vergussmaterials 30 wird über den Kühlkörper 40 Wärme abgeführt. Auf der in 3 oberen Seite des Vergussmaterials 30 wird durch das Getriebeöl Wärme von der Leiterplatte 20 bzw. den Bauelementen 21-27 abgeführt.
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Der Kühlkörper 40 bzw. die Bodenplatte des Kühlkörpers 40 kann der Silhouette der elektrischen Bauelemente 21-27 auf der unteren Seite der Leiterplatte 20 folgen (nicht gezeigt). Dies bedeutet, dass der jeweils (kürzeste) Abstand zwischen den Bauelementen 21-27 auf der in 3 unteren Seite der Leiterplatte 20 und dem Kühlkörper 40 jeweils gleichgroß ist. Das Vergussmaterial 30 weist somit auf jedem der Bauelemente 21-27 auf der in 3 untern Seite der Leiterplatte 20 die gleiche Dicke auf. Auch eine entsprechende Ausgestaltung der Dicke des Vergussmaterials 30 auf der oberen Seite der Leiterplatte 20 bzw. den Bauelementen 21-27 auf der oberen Seite der Leiterplatte 20 kann z.B. durch eine Vergussform erreicht werden.
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Der Kühlkörper 40 bzw. die Innenseite der Bodenplatte des Kühlkörpers 40 ist somit sozusagen topographieabbildend ausgebildet. Die Topographie bzw. der Höhenverlauf der elektronischen Bauelemente 21-27 über die Leiterplatte 20 ist von dem Kühlkörper 40 bzw. der der Leiterplatte 20 zugewandten Seite der Bodenplatte des Kühlkörpers 40 nachgebildet. Somit weist die Vergussmasse über die dem Kühlkörper 40 bzw. der Bodenplatte des Kühlkörpers 40 zugewandten Seite der Leiterplatte 20 eine konstante Schichtdicke auf.
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Der Kühlkörper 40 kann mittels des Vergussmaterials 30 mit der Leiterplatte 20 verbunden sein bzw. an der Leiterplatte 20 befestigt sein. Hierbei haftet das Vergussmaterial 30 an dem Kühlkörper 40 bzw. den Innenseiten des Kühlkörpers 40.
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Der Kühlkörper 40 steht in unmittelbarem Kontakt mit dem Vergussmaterial 30. Hierdurch kann die Wärme von den Bauelementen 21-27 bzw. der Leiterplatte 20 besonders effektiv abgeführt werden.
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Wie in 1-3 gezeigt, kann der Kühlkörper 40 an einem Träger 50 bzw. in einer Aussparung eines Trägers 50 befestigt sein. Die Steuergeräteeinheit 10 kann zudem eine Sensoraufnahme 54, in dem ein Sensor 55 bzw. Sensorelement angeordnet ist, aufweisen, wobei der Sensor 55 mit der Leiterplatte 20 elektrisch verbunden ist. Der Kühlkörper 40 kann in der Aussparung des Trägers 50 eingeklipst sein bzw. über eine Klipsverbindung in der Aussparung befestigt werden.
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Zudem kann ein Verdrahtungselement 60 über eine Steckerverbindung der Steuergeräteeinheit 10 mit der Leiterplatte 20 elektrisch verbunden sein. Auch kann die Steuergeräteeinheit 10 einen weiteren weiblichen Stecker 75 bzw. eine Steckeraufnahme aufweisen.
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Der Kühlkörper 40 kann auf der dem Vergussmaterial 30 abgewandten Seite in unmittelbarem Kontakt mit einer Hydraulikplatte stehen. Hierdurch wird die Wärme von dem Kühlkörper 40 effizient an die Hydraulikplatte abgegeben.
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Auch Bauelemente 21-27, die z.B. mehr als ca. 5 mm über die Leiterplatte 20 abstehen, können in der Steuergeräteeinheit 10 flüssigkeitsdicht mit dem Vergussmaterial 30 bedeckt sein bzw. werden.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
