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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlanordnung, ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung sowie die Verwendung von Paraffinöl, insbesondere Weißöl, und/oder Vaseline als Basis für ein kapillarfüllendes Medium zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung oder einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Technologischer Hintergrund
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Moderne Fortbewegungsmittel wie Kraftfahrzeuge oder Motorräder werden zunehmend mit Fahrerassistenzsystemen ausgerüstet, welche mit Hilfe von Sensorsystemen die Umgebung erfassen, Verkehrssituation erkennen und den Fahrer unterstützen, z. B. durch einen Brems- oder Lenkeingriff oder durch die Ausgabe einer optischen oder akustischen Warnung. Als Sensorsysteme zur Umgebungserfassung werden regelmäßig Ultraschallsensoren, Kamerasensoren, Surroundview-Kameras, Radarsensoren, Lidarsensoren oder dergleichen eingesetzt. Aus den durch die Sensoren ermittelten Sensordaten können anschließend Rückschlüsse auf die Umgebung gezogen werden, durch die Assistenzfunktionen zur Fahrerunterstützung bei Park- und/oder Fahrmanövern realisiert werden können. Die Steuerung derartiger Sensoren sowie die Weiterverarbeitung der erzeugten Sensordaten wird heutzutage mittels komplexer elektronischer Steuergeräte durchgeführt.
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Gattungsgemäße Steuergeräte erzeugen oft erhebliche Abwärme, d. h. Verlustleistung, wobei die Verlustleistung der Steuergeräte je nach Umgebungsbedingungen unterschiedlich abgeführt werden kann, z. B. über eine Kühlung. Bekannt sind verschiedene Formen von Kühlmethoden, z. B. durch natürliche Konvektion, bei der erwärmte Luft, welche leichter als kühlere Luft ist, aufsteigt und die nachströmende Luft sich erwärmt und dann ebenfalls aufsteigt. Ferner kann auch eine erzwungene Konvektion vorgesehen sein, bei der z. B. mittels Ventilatoren ein Luftstrom über die zu kühlenden Bauteile geblasen oder gesogen wird, wodurch die erwärmende Luft abgeführt wird. Weiterhin gibt es Flüssigkeitskühlsysteme, bei denen die zu kühlenden Bauteile durch Kühlflüssigkeiten gekühlt werden (z. B. aktiv indem die Kühlflüssigkeit mittels Pumpe an den zu kühlenden Bauteilen vorbei getrieben wird). Zudem sind zahlreiche Mischformen und Varianten sowie weitere Kühlmöglichkeiten zu den aufgezeigten Systemen, wie z. B. Wärmeleitung hin zu einem kühleren Punkt, bekannt.
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Ferner kann die abzuführende Wärme des elektronischen Steuergerätes durch ein thermisch gut leitendes Gehäuse, z. B. Metallgehäuse, des Steuergerätes nach außen gebracht werden. An der Oberfläche oder zumindest an z. B. einer Seite des Gehäuses besteht bei hoher Verlustleistung nun die Herausforderung, die Wärme möglichst gut abzuleiten damit die im Gehäuse befindlichen Bauteile vor Überhitzung zu schützen. Hierzu kann z. B. ein Luftkühler mit Kühlrippen oder ein geschlossener Kühlmittelkreislauf an das Gehäuse des Steuergerätes angeschlossen werden. Beispielsweise muss dabei der Kühlkreislauf beim Ein- wie auch Ausbau des Gerätes unterbrochen werden und weist kürzere Wartungsintervalle auf (Nach- und Neufüllen von Kühlmittel). Weiterhin ist die Herstellung eines durchströmten Kühlkörpers als Gehäuseteil, z. B. Grundgehäuse eines Steuergerätes sehr aufwändig.
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Aus den beschriebenen Szenarien heraus hat sich daher eine Aufbauform etabliert, welche aus einem, zumindest im Bereich der Hauptkühlzonen aus Metall bestehendem Gehäusebereich besteht, an welchen bevorzugt durch eine Wärmeleitpaste (oder auch Wärmeleitkleber) oder ein Wärmeleitpad (bzw. Wärmeleitfolie oder Wärmeleitmatte) ein Kühlkörper angeflanscht wird. Derartige Wärmeleitpasten und -pads können dabei auf Basis sogenannter Thermischer Interface Materialien (TIM) gefertigt sein. Das Wärmeleitpad oder die Wärmeleitpaste werden dabei zwischen Kühlkörper und Gehäuse möglichst luftblasenfrei eingebracht, um eine gute Wärmeanbindung zu erreichen. Jedoch kommt es bei herkömmlichen Herstellungsprozessen zu unvermeidbaren Unebenheiten der Kühlkörperoberfläche oder der Gehäuseoberfläche. Um diese Unebenheiten bzw. nicht plane Flächen oder z. B. Schmutzpartikel, welche zwischen Gehäuse und Kühlkörper bestehen, auszugleichen, sind Wärmeleitpads oft z. B. ein bis mehrere mm dick und müssen in der Rege komprimiert werden, um eine brauchbare Wärmeleitfähigkeit zu gewährleisten. Ferner muss auch die Wärmeleitpaste in der Fläche sehr präzise verteilt werden, um keine Lufteinschlüsse zu erzeugen.
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Im Gegensatz dazu wird oftmals versucht die Wärmeleitpads sowie auch die Wärmeleitpasten dünn auszulegen, da diese in der Regel ein vielfach schlechteres Wärmeleitverhalten als Metalle (wie z. B. Aluminium oder Kupfer) aufweisen. Dies wird jedoch durch die beschriebene Ausgleichsfunktion und durch die geforderten Kompressionswerte oder das mäßige Fließverhalten der Stoffe beschränkt. Bei kleinen bis einige cm2 großen Kühlanordnungen funktionieren Wärmeleitpasten oder Wärmeleitpads in der Regel akzeptabel. Bei größeren Flächen, beispielsweise ab einem oder zwei dm2 oder in Größe eines DIN A5- oder eines DIN A4-Blattes funktionieren diese jedoch zunehmend schlechter.
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Darüber hinaus können die Kühlkörper auch elastisch ausgeführt sein, so dass sich diese an ein Gehäuse „anschmiegen“. Bedingt durch die Anforderungen an die Materialeigenschaften des Kühlkörpers ist eine derartige Ausgestaltung, wenn überhaupt, nur unter erheblichen Anstrengungen zu realisieren, da in den Spalt zwischen Gehäuse und Kühlkörper oftmals Schmutzpartikel eindringen oder Korrosionen durch eindringende Flüssigkeiten (Spaltkorrosion) auftreten. Aufgrund dieser Problematik sollten derartige Kühlaufbauten auch Feuchtigkeits- sowie Flüssigkeits- resistent sein, um z. B. Schäden durch Betauung oder Flüssigkeitsbenetzung bzw. Wasserbenetzung zu verhindern.
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Druckschriftlicher Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2011 083 224 A1 ist eine Leistungshalbleiteranordnung bekannt, bei der zwischen einem Leistungshalbleitermodul und einem Kühlkörpers eine Wärmeleitpaste angeordnet ist, die thermochrome Farbbestandteile und ein Matrixmaterial aufweist. Bei dem Matrixmaterial, in das ein oder mehrere wärmeleitende Füllstoffe eingebettet sind, kann es sich beispielsweise um Öle, Harze oder Fette, oder darauf basierenden Pasten mit zumindest z. B. Epoxidharz, Vaseline, Pasten basierend auf Silikonöl, oder Pasten auf Basis von Polypropylenglycol handeln. Als wärmeleitender Füllstoff können z. B. Pulver mit einem oder mehreren der folgenden Materialien verwendet werden: Diamant, Kupfer, Aluminium, Silber, Zinkoxid, Berylliumoxid, Bornitrid, AI-Nitrid, Si-Nitrid AI-Oxid. Die Wärmeleitpaste dient dabei dazu, unvermeidliche Unebenheiten der beteiligten Kontaktflächen des Leistungshalbleitermoduls und des Kühlkörpers auszugleichen und nach einem eventuellen Ausfall des Leistungshalbleitermoduls festzustellen, ob dessen vorgeschriebene Temperaturobergrenzen eingehalten wurden. Diese Feststellung erfolgt durch die thermochromen Farbbestandteile, deren Farbe sich mit der Temperatur der Wärmeleitpaste kontinuierlich oder sprunghaft bei einer bestimmten Umschlagtemperatur ändern.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nunmehr darin, eine Kühlanordnung und Verfahren anzugeben, womit ein guter Wärmeübergang zwischen Kühlkörper und Gehäuse erreicht wird und die aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile in einfacher und kostengünstiger Weise überwunden werden.
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Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 sowie der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
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Die erfindungsgemäße Kühlanordnung umfasst einen Kühlkörper mit einer Kühlfläche und eine zu kühlende Komponente (z. B. ein Steuergerät, ein Bauteil, ein Gehäuse oder dergleichen) mit einer Kühlfläche, wobei die Kühlfläche des Kühlkörpers und die Kühlfläche der zu kühlenden Komponente aneinander angeordnet werden. Durch eine derartige Anordnung der Kühlflächen entsteht mindestens ein unvermeidbarer Kapillarspalt zwischen den Kühlflächen, z. B. durch bautechnische Unebenheiten der Kühloberflächen. Erfindungsgemäß ist dabei ein kapillarfüllendes Medium vorgesehen, welches den Kapillarspalt insbesondere selbsttätig (z. B. durch „kriechen“) verfüllt. Ein derartiges kapillarfüllendes Medium kann besonders einfach bei Erstmontage und/oder Reparatur/Wartung verarbeitet bzw. an-, auf- oder eingebracht werden, d. h. es ist leicht applizierbar. Zudem können Unebenheiten der Oberflächen der zwischen Kühlkörper und Gehäuse befindlichen Kühlflächen oder die durch Fremdpartikel zwischen Kühlkörper und Gehäuse befindlichen Abstände ausgeglichen/ausgefüllt werden, sodass ein guter Wärmeübergang zwischen Kühlkörper und Gehäuse geschaffen werden kann. Ferner benötigt eine derartige Anordnung einen sehr geringen Platzbedarf und ist besonders kostengünstig umzusetzen und nachzurüsten. Dadurch, dass die Kühlflächen in einfacher Weise und ohne nennenswerte mechanische Anpressdrücke, wie sie insbesondere bei dem Einsatz von Wärmeleitpads erforderlich sind, aneinander angeordnet werden können, wird das Risiko der Schädigung von Bauteilen in besonderem Maße verringert. Zudem kann der Korrosionsschutz im Kapillarspalt durch das eingebrachte Medium und den damit verbundenen Luftabschluss erheblich verbessert werden, z. B. auch bei durch die elektrochemische Spannungsreihe korrosionsfördernder Partikel (z. B. Kupferpartikel bei Aluminiumgehäuse/Kühlkörper), da durch die Kapillarbefüllung das Eindringen von korrosionsfördernden Flüssigkeiten, Feuchten, Partikeln, Luft oder Stoffen in besonderem Maße erschwert oder verhindert wird.
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Vorzugsweise wird das kapillarfüllende Medium zwischen den Kühlflächen (d. h. im Bereich des später entstehenden Kapillarspaltes), innerhalb eines Reservoirs des Kühlkörpers und/oder innerhalb eines Reservoirs der zu kühlenden Komponente bei Einbau, Installation, Wartung oder Herstellung angeordnet. Als Reservoir können dabei fertigungsbedingte Aussparungen oder explizit vorgenommene Ausnehmungen in Gehäuse und/oder Kühlkörper vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können Gehäuse und/oder Kühlkörper auch randseitige Reservoirbereiche aufweisen, welche z. B. in einfacher Weise von außen befüllbar und derart angeordnet sind, dass diese den später entstehenden Kapillarspalt kontaktieren bzw. zu diesem hin geöffnet oder mit diesem fluidal verbunden sind. Ferner kann durch das Vorsehen eines oder mehrerer Reservoirs eine wartungsfreie Lebensdauer der thermischen Verbindung geschaffen werden, sofern das Steuergerät und/oder der Kühlkörper nicht demontiert wird, z. B. eine die Fahrzeuglebensdauer entsprechende oder übersteigende Lebensdauer.
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Zweckmäßigerweise ist eine insbesondere festlegbare Betriebstemperatur der zu kühlenden Komponente vorgesehen, z. B. kann als zu kühlende Komponente ein Steuergerät (z. B. Electronic Control Unit ECU bzw. Automated Driving Control Unit ADCU eines Fahrzeuges) und Betriebstemperatur die untere, mittlere oder maximal zulässige Betriebstemperatur des Steuergerätes vorgesehen sein. Dabei kann das das kapillarfüllende Medium derart beschaffen sein, dass es den Kapillarspalt bei der festgelegten Betriebstemperatur verfüllt, indem es bei dieser Betriebstemperatur die für die Kapillarwirkung günstigsten Eigenschaften aufweist.
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Vorzugsweise ist das kapillarfüllende Medium bei Betriebstemperatur flüssig, d. h. es kann außerhalb der Betriebstemperatur auch in einem anderen Aggregatzustand vorliegen. Beispielsweise kann das kapillarfüllende Medium bei Raumtemperatur leicht anbringbar und wieder entfernbar sein. Dadurch wird eine langlebige thermische Verbindung erzeugt, welche z. B. auch noch nach Jahren noch gut lösbar ist. Das kapillarfüllende Medium wird derart gewählt oder modifiziert, dass es bei betriebsmäßiger Maximaltemperatur des Steuergerätes/Aggregats und somit auch des Kühlkörpers immer (deutlich) unter dem Siedepunkt des Mediums bleibt.
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Unter einem kapillarfüllenden Medium wird im Sinne der Erfindung ein Medium verstanden, welches aufgrund von Kapillarität und/oder eines Kapillareffekts den Kapillarspalt verfüllt. Dies erfolgt, indem das jeweilige Medium bei Betriebstemperatur flüssig vorliegt und bei Kontakt mit einer Kapillare bzw. dem Kapillarspalt durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit selbst und die Grenzflächenspannung zwischen Flüssigkeit bzw. Medium und der festen Oberfläche des Kapillarspaltes (d. h. der „Gefäßwand“, wie z. B. das Metall des Gehäuses oder des Kühlkörpers) den Kapillarspalt verfüllt bzw. eine Kapillarwirkung aufweist.
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Als kapillarfüllendes Medium können in überraschender Weise Paraffin bzw. Paraffinöle, wie z. B. Weißöl, vorgesehen sein. Insbesondere können Weißöle bis hin zu medizinischer Qualität (Paraffinum liquidum) eingesetzt werden, die z. B. in der Pharmazeutischen oder Kosmetik-Industrie Verwendung finden und daher sehr hohe Anforderungen an Reinheit und Verträglichkeit erfüllen können. Derartige medizinische Weißöle sind oftmals farblos, geruchs- und geschmacksfrei und werden derart aufgereinigt, dass diese in der Regel keine weiteren Zusätze wie Aromaten oder Schwefelverbindungen mehr enthalten. Gattungsgemäße Weißöle zeichnen sich dabei durch ihre Unschädlichkeit für den Menschen aus, so dass diese auch in der Lebensmittelindustrie verwendet werden können.
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Alternativ oder zusätzlich kann als kapillarfüllendes Medium auch Vaseline bzw. Vaselin oder ähnliche Stoffe vorgesehen sein. Als Vaseline wird hierbei ein Gemisch aus einem flüssigen Anteil, z. B. 70 % bis 90 % aus stark verzweigten iso-Paraffinen und Olefinen, und einem festen bzw. kristallinen Anteil, z. B. 10 % bis 30 % aus langkettigen Komponenten (wie n-Paraffine und wenig verzweigte iso-Paraffine) bezeichnet, wobei der flüssige Anteil das (kristalline) Gerüst der festen Anteile durchdringt. Auch Vaseline zeichnet sich durch eine sehr gute Human- und Umweltverträglichkeit aus, sodass durch die erfindungsgemäße Verwendung die Installation bzw. des Mediums in besonderem Maße erleichtert.
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Zweckmäßigerweise kann das kapillarfüllende Medium korrosionshemmende (z. B. fein verteilte Chromate) und/oder die Flüssigkeits- bzw. Wasserverdrängung begünstigende Stoffe umfassen. Der Korrosionsschutz kann dadurch noch zusätzlich verbessert werden. Paraffine bzw. Paraffinöle und Vaseline zeichnen sich bereits durch wasserabweisende Eigenschaften aus und bieten daher bereits einen guten Korrosionsschutz.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann ein Druckausgleichskanal vorgesehen sein, der vorzugsweise eine größere Dimension (z. B. größerer Durchmesser) als der Kapillarspalt aufweist und an diesen angeschlossen oder an einer den Kapillarspalt angeschlossenen Aussparung/Ausnehmung angeschlossen ist, um einen Druckausgleich vorzunehmen. Dadurch kann die Verbindungssicherheit zusätzlich erhöht und/oder ein Entweichen des Mediums während der Verfüllphase oder dem Betrieb (z. B. bei Betriebstemperatur) verhindert/vermindert werden, indem der Druckausgleichskanal Sog- oder Ansaugvorgänge unterdrück/vermindert und als Aufnahmesenke für überschüssiges Medium wirkt.
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Neben- oder untergeordnet umfasst die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer Kühlanordnung, bei dem eine Kühlfläche eines Kühlkörpers und eine Kühlfläche einer zu kühlenden Komponente aneinander angeordnet werden, wobei durch die Anordnung der Kühlflächen mindestens ein (in der Regel unvermeidbarer) Kapillarspalt zwischen den Kühlflächen ausgebildet ist. Das kapillarfüllende Medium kann dabei zwischen den Kühlflächen, innerhalb eines Reservoirs des Kühlkörpers und/oder innerhalb eines Reservoirs der zu kühlenden Komponente angeordnet werden, um den Kapillarspalt z. B. bei Betriebszustand (während des Betriebes der Komponente, z. B. bei Betriebstemperatur) zu verfüllen.
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Darüber hinaus beansprucht die vorliegende Erfindung die Verwendung von Paraffinöl, insbesondere Weißöl, und/oder Vaseline als Basis für ein kapillarfüllendes Medium, welches in einer gattungsgemäßen Kühlanordnung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung oder einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommt.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zweckmäßigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer ersten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung im demontierten Zustand;
- 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Ausgestaltung eines Kühlmittelkühlkörpers einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung;
- 3 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung, sowie
- 4 eine vereinfachte Darstellung einer Ausgestaltung eines Gehäuses als (Teil einer) zu kühlenden Komponente einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung, in Draufsicht (unten) sowie eine dazugehörige Schnittdarstellung (oben) entlang der Schnittlinie A-A des Gehäuses.
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Bezugsziffer 1 in 1 bezeichnet einen Kühlkörper für eine Luftkühlung mit mehreren Kühlrippen 2 und einer den Kühlrippen 2 gegenüberliegend angeordneten Anflanschfläche bzw. Kühlfläche 3. Der Kühlkörper 1 dient dabei dazu, ein Steuergerät 4 oder dessen Bauteile zu kühlen, indem der Kühlkörper 1 mit der Kühlfläche 3 an eine Kühlfläche 5 eines Gehäuses 6 des Steuergerätes 4 angeordnet wird, wobei Betriebswärme an die Umgebung abgegeben wird. Der Kühlkörper 1 kann dabei zusätzlich am Gehäuse 6 befestigt werden (geklebt, genietet, geschraubt, geklammert oder dergleichen). Ferner kann das Steuergerät 4 einen Gehäusedeckel 7 umfassen, um in einfacher Weise Zugang zum Inneren des Gehäuses 6 und damit zu den Elektronikkomponenten zu bekommen. Als Elektronikkomponenten können beispielsweise ein Schaltungsträger bzw. eine Leiterplatte 8, elektronische Bauteile 9a, 9b, die an die gekühlte Außenfläche thermisch angebunden sind (z. B. auch Leistungselektronik oder dergleichen), oder elektronische Bauteile 10, welche nicht an die gekühlte Außenfläche thermisch angebunden sind, vorgesehen sein. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht dabei darauf, die Bauteile (Kühlkörper 1 und Gehäuse 6) welche großflächig aneinander angeordnet sind, durch Einbringen eines gut kriechenden, kapillarfüllenden Mediums (in den Fig. der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt) aneinander anzuordnen, wobei das Medium wasserabweisend und derart beschaffen ist, dass es den (unvermeidbaren) Spalt verfüllt, d. h. Luft im Luftspalt bzw. Kapillarspalt ganz oder weitgehend verdrängt und somit Unebenheiten ausgleicht.
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In 2 ist eine weitere Ausgestaltung eines Kühlkörpers gezeigt, wobei der Kühlkörper 11 eine Kühlmittelkühlung mit mehreren Kühlkanälen 12 aufweist, durch die ein Kühlmittel strömen kann. In gleicher Weise wie der Kühlkörper 1 kann der Kühlkörper 11 ein Steuergerät 4 kühlen, indem dieser mit einer Anflanschfläche bzw. Kühlfläche 13 an die Kühlfläche 5 des Steuergerätes 4 angeordnet wird.
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Dadurch, dass der Kühlkörper 1 und das Gehäuse 6 nun direkt miteinander zusammengebracht werden, wie in 3 dargestellt, also keine Wärmeleitpads oder Wärmeleitpaste dazwischen angebracht werden, kann es an ein oder meist mehreren Stellen direkten metallischen Kontakt geben. An (zahlreichen) anderen Stellen sind die Metallflächen bzw. Kühlflächen 3, 5 jedoch tausendstel- oder hundertstel- ggf. wenige zehntel Millimeter beabstandet, wie anhand der Vergrößerungsdarstellung in 3 gezeigt. Dadurch entsteht ein Spalt (Kapillarspalt 14) oder mehrere Spalten, welche(r) durch das Medium kapillarbedingt leicht gefüllt wird/werden. Dementsprechend füllt das kapillarfüllende Medium im Betrieb (z. B. bei Betriebstemperatur) den Kapillarspalt 14 ganz oder teilweise aus. Überraschenderweise kann das Medium dabei um ein vielfaches schlechtere Wärmeleiteigenschaften als herkömmliche Wärmeleitpads bzw. Wärmeleitpasten aufweisen, da es nur einen Bruchteil deren Stärke bzw. Dicke aufweist und zusätzlich partiell auch direkter Metallkontakt zwischen den Kühlflächen 3, 5 bestehen kann.
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Konstruktionsbedingt kann es erforderlich sein, dass in einem Gehäuseteil des eigentlich flächig ausgeführten Gehäusebodens, an welchem der Kühlkörper angebracht wird, Aushöhlungen bzw. Aussparungen 15 vorgesehen werden müssen, um Materialanhäufungen (z. B. bei Aludruckgussgehäusen) in einem Bereich zu vermeiden, in dem der Gehäuseinnenboden partiell angehoben werden muss, um innerhalb des Gehäuses 6 nahe an ein zu kühlendes Bauteil (z. B. Gehäusealuminiumteile, welche die Wärme intern ableiten sollen) geführt zu werden. Derartige Lufteinschlüsse würden, wenn sie inmitten der gesamten Kühlfläche liegen, welche durch das Medium im Spalt zwischen Kühlkörper und Gehäuse geschlossen ist, beim Ausdehnen oder Zusammenziehen, d. h. bei Erwärmung oder Abkühlung, eine Ausblas- oder Saugwirkung entwickeln. Wenn derartige Lufteinschlüsse nicht vermieden werden können, kann ein Druckausgleichskanal 16 vorgesehen sein, wie in 4 gezeigt. Der Druckausgleichskanal 16 weist dabei einen nennenswert dickeren (Kapillar-) Spalt auf als der Kapillarspalt 14 zwischen Gehäuse 6 und Kühlkörper 1. Dadurch kann Luft oder Medium mit geringerem Widerstand an- oder abgeben werden (d. h. ein Druckausgleich wird vorgenommen, um die Saug- oder Ausblaswirkung zu mindern oder zu verhindern).
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Das kapillarfüllende Medium kann dabei flüssig oder auch fest auf- oder eingebracht werden, z. B. durch Aufsprühen (Aerosole, Spray oder dergleichen), Aufdampfen, Aufdispensen oder das Auftragen von flüssigen oder pastösen Medien (z. B. mittels eines Pinsels oder eines Tupfers). Ferner kann auch ein festes Medium bei Raum-/Verarbeitungstemperatur aufgebracht oder eingebracht werden, um bei Steuergeräteerwärmung (z. B. vom Normalzustand bei Raumtemperatur zum Betriebszustand des Steuergerätes bei einer Betriebstemperatur von beispielsweise 30° C, 40° C, 50° C oder dergleichen) zu schmelzen und dann kapillarfüllend zu wirken. Das Medium ist dabei derart beschaffen, dass im heißesten (zulässigen) Zustand des Steuergerätes 4 (Nutzung sowie Standby oder ausgeschaltet), keine bzw. keine nennenswerte Verdunstung des Mediums stattfindet. In praktischer Weise könnten auch die Aussparungen 15 oder der Druckausgleichskanal 16 im Normalbetrieb mit dem Medium gefüllt sein und/oder teilweise als Reservoir für das Medium dienen. Dabei ist vorgesehen, dass die Aussparungen 15 und/oder der Druckausgleichskanal 16 das Medium aus dem Kapillarspalt 14 aufnehmen, um zu verhindern, dass das Medium ausläuft oder die Verbindung zwischen den Kühlflächen 3, 5 löst bzw. schwächt.
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Das Auf- oder Einbringen des kapillarfüllenden Mediums erfolgt in praktischer Weise auf eine oder beide Kontaktflächen von Gehäuse 6 und Kühlkörper 1, d. h. im Bereich der Kühlflächen 3, 5 oder durch Einbringen des bei Verarbeitungstemperatur flüssigen, pastösen oder festen Mediums in eine Aussparung 15 am Gehäuse 6 und/oder Kühlkörper 1, die vorzugsweise einen Zugang zum Kapillarspalt 14 aufweist.
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Als kapillarfüllendes Medium können z. B. Paraffinöle bzw. Weißöle oder Vaseline vorgesehen sein, die auch in Hautschutzmitteln oder Medizinprodukten verwendbar sind und somit kein Risiko für den Menschen darstellen. Insbesondere ist dabei auch der Einsatz z. B. im Kraftfahrzeuginnenraum unkritisch, sodass auch im Servicefall aufgetragenes Medium unschädlich für Mensch und Umgebung ist. Das Medium muss dabei nicht als reiner Stoff verwendet werden. Vielmehr können Beimischungen von Stoffen erfolgen, welche den Korrosionsschutz oder beispielsweise der Wasserverdrängung zuträglich sind. Alternativ können auch Wachse, wie z. B. Kerzenwachse, eingesetzt werden. Im üblichen Einsatz-Temperaturbereich des elektronischen Gerätes soll das Medium fern des Siedepunktes sein, so dass keine oder nur geringe Ausdunstungen stattfinden. Ein Wechsel des Aggregatzustandes des Mediums von flüssig nach fest im Betriebstemperaturbereich des Steuergerätes 4 ist unkritisch, wenn sich die Fließfähigkeit wieder bei höheren Temperaturen einstellt.
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Dadurch, dass das Medium zumindest im warmen oder heißen Betriebszustand des Steuergerätes 4 flüssig ist bzw. sein muss, um auch dauerhaft den Kapillarspalt 4 zu verfüllen, können oder sollten zusätzliche Reservoire bzw. Reservoirbereiche 17a, 17b vorhanden sein, welche auch größere Mengen des Mediums aufnehmen oder wieder abgeben können. Die Reservoirbereiche 17a, 17b können z. B. an Stellen zwischen Gehäuse 6 und Kühlkörper 1 angebracht werden, an welchen weniger Kühlung (weniger guter Wärmeübergang) benötigt wird und z. B. in Form eines etwas dickeren Kapillarspaltes dargestellt sein, da die Kapillarwirkung bei einem schmalen Spalt größer ist als bei einem breiteren Spalt, d. h. die Flüssigkeit bzw. das Medium wird zum schmaleren Spalt hingezogen. Zudem können die randseitig bzw. randteilig vorgesehenen Reservoirbereiche 17a, 17b genutzt werden, das kapillarfüllende Medium im Bereich der Kühlflächen 3, 5 Auf- oder Einzubringen (ähnlich der Einbringung mittels der Aussparungen 15), wobei ein Eindringen des Mediums in den Kapillarspalt 14 vorzugsweise bei einem Erwärmen des Steuergerätes 4 bzw. des Kühlkörpers 1, 11 während des Fertigungs- oder Testprozesses erfolgt.
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Ausdrücklich umfasst die Erfindung auch temperaturregulierende (d. h. entweder kühlende oder wärmende) Anordnungen und Verfahren, bei denen an Stelle einer kühlenden Komponente (Kühlkörper 1, 11) z. B. eine erwärmende Komponente, wie z. B. eine Heizeinrichtung, vorgesehen ist. Ferner umfasst die Erfindung auch nicht ausdrücklich erwähnte Merkmalskombinationen einzelner Ausgestaltungsbeispiele und Unteransprüche (Neben- oder Unterkombinationen).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlkörper (für Luftkühlung)
- 2
- Kühlrippe
- 3
- Kühlfläche
- 4
- Steuergerät
- 5
- Kühlfläche
- 6
- Gehäuse
- 7
- Gehäusedeckel
- 8
- Leiterplatte
- 9a
- elektronisches Bauteil (oder Bauteile)
- 9b
- elektronisches Bauteil (oder Bauteile)
- 10
- elektronisches Bauteil (oder Bauteile)
- 11
- Kühlkörper (für Kühlmittelkühlung)
- 12
- Kühlkanälen
- 13
- Kühlfläche
- 14
- Kapillarspalt
- 15
- Aussparung
- 16
- Druckausgleichskanal
- 17a
- Reservoirbereiche
- 17b
- Reservoirbereiche
- A-A
- Schnittlinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011083224 A1 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN A5 [0006]
- DIN A4 [0006]
