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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Kühlsystem für eine elektrische Baugruppe in einem System an Bord eines Fahrzeugs.
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Ein Fahrzeug umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, die beispielsweise eine Fahrfunktion des Fahrzeugs steuert. Die Verarbeitungseinrichtung kann eine vorbestimmte elektrische Leistung in Wärme umsetzen, wobei die Leistung von einer verarbeitungstechnischen Belastung der Verarbeitungseinrichtung abhängig sein kann. Die Wärmeleistung der Verarbeitungseinrichtung kann als „Thermal Design Power“ (TDP) angegeben sein und als Grundlage für eine Dimensionierung eines Kühlsystems verwendet werden. Eine leistungsfähige Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise eine CPU oder GPU, kann eine TDP im Bereich von ca. 30, 60 oder bis über 100 W aufweisen. Insbesondere dann, wenn die Verarbeitungseinrichtung eine sicherheitsrelevante Funktion des Fahrzeugs steuert, ist es wichtig, eine unter allen Umständen eine ausreichende Kühlung sicher zu stellen.
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Um die Wärme der Verarbeitungseinrichtung abzutransportieren, kann ein Kühlsystem mit einem geschlossenen Kühlkreislauf verwendet werden, in welchem ein Kühlfluid zirkuliert. Das Kühlfluid ist in einem Kühlkanal aufgenommen, an dem eine Platine angebracht werden kann, auf der die Verarbeitungseinrichtung verlötet ist. Beim Verlöten kann ein Abstand der Verarbeitungseinrichtung von der Platine innerhalb eines vorbestimmten Bereichs variieren. Zwischen der Verarbeitungseinrichtung und dem Kühlkanal kann daher ein Spalt bestehen, der üblicherweise mittels einer thermischen Leitmasse (Wäremeleitpaste oder Wärmeleit-Pad) gefüllt wird. Ein Wärmewiderstand der Leitmasse ist jedoch üblicherweise relativ groß, sodass eine optimale Kühlung verhindert werden kann.
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Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer Technik zur verbesserten thermischen Anbindung eines elektronischen Bauelement an einen Kühlkanal. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Kühlsystem umfasst einen Kühlkörper zur Anlage an einem elektronischen Bauelement, das an einer Platine angebracht ist; und einen Kühlkanal zur Aufnahme eines Kühlfluids. Dabei weist der Kühlkanal eine Aussparung zur Aufnahme des Kühlkörpers auf; und der Kühlkörper ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit eines Abstands des Bauelements von der Platine derart in die Aussparung eingesetzt zu werden, dass die Platine in einem vorbestimmten Abstand am Kühlkanal angebracht werden kann, sodass das Bauelement am Kühlkörper anliegt.
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Eine Variation des Abstands zwischen dem Bauelement und der Platine kann somit individuell durch die axiale Position des Kühlkörpers in der Aussparung des Kühlkanals kompensiert werden. Es hat sich gezeigt, dass ein Abstand des Bauelements von der Platine in einem vorbestimmten Bereich variieren kann. Umfasst das Bauelement beispielsweise einen Halbleiter in einem BGA-Gehäuse („Ball Grid Array“), so kann ein Abstand zwischen seiner Oberseite und der Platine nach seiner Anbringung in einem Bereich von ca. ±0,2 mm variieren. Der Kühlkörper kann in einem entsprechenden Bereich variabel in der Aussparung positioniert werden. Ein verbleibender Spalt zwischen dem Kühlkörper und dem Bauelement kann auf diese Weise reduziert werden, idealerweise bis zur optimalen Klebschichtdicke (Bond line thickness). Der Kühlkörper kann unmittelbar oder mittels einer thermischen Leitmasse an das Bauelement angebunden werden. Die Leitmasse kann pastös sein oder einen Festkörper umfassen, der bei Erwärmung verformbar werden kann.
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Der Kühlkörper kann dazu eingerichtet sein, kraftschlüssig in der Aussparung aufgenommen zu werden. Insbesondere ist bevorzugt, dass der Kühlkörper mittels Reibschluss am Kühlkanal gehalten ist. Dadurch kann der Kühlkörper sicher befestigt werden, auch wenn Vibrationen oder Stöße auf ihn wirken. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn das Bauelement mit dem Kühlsystem in einem Fahrzeug angebracht werden soll. Der Reibschluss kann in Abhängigkeit einer geforderten Belastungsfähigkeit passend eingerichtet werden. Beispielsweise kann eine Flankenspannung zwischen dem Kühlkörper und dem Kühlkanal ausreichend groß sein, um den Kühlkörper noch bei Beschleunigungen eines vorbestimmten Vielfachen der Erdbeschleunigung sicher am Kühlkanal zu halten. Die erforderliche Flankenspannung kann in Abhängigkeit einer Masse des Kühlkörpers bestimmt sein.
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Der Kühlkörper kann dazu eingerichtet sein, in die Aussparung eingepresst zu werden. Dabei kann der Kühlkörper ein vorbestimmtes Übermaß gegenüber der Aussparung haben, sodass sich bei der Anbringung eine vorbestimmte Flankenspannung einstellt. Kühlkörper und Kühlkanal können mittels Press- oder Übermaßpassung aneinander gehalten sein. Der Kühlkörper kann auch mittels einer Methode der Temperaturdifferenzen am Kühlkanal angebracht werden. In einer ersten Variante kann der Kühlkanal zur Montage erwärmt werden, sodass die Aussparung vergrößert ist, um den nicht erwärmten Kühlkörper einsetzen oder positionieren zu können. Dieser Vorgang kann auch Einschrumpfen genannt werden. In einer zweiten Variante kann der Kühlkörper zur Montage abgekühlt werden, um in den nicht abgekühlten Kühlkanal eingesetzt zu werden. Dieser Vorgang kann auch Kaltdehnen, Eindehnen oder Kaltschrumpfen genannt werden. Diese beiden Herangehensweisen können auch miteinander kombiniert werden. Alle genannten Varianten können eine feste Verbindung der beteiligten Partner an einer präzise vorbestimmten Position ermöglichen, wenn ein Temperaturausgleich zwischen ihnen erfolgt ist.
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Der Kühlkörper weist bevorzugt ein äußeres Ende auf, das zur Anlage am elektronischen Bauelement eingerichtet ist, und ein inneres Ende, dazu eingerichtet ist, von Kühlfluid im Kühlkanal umspült zu werden. Bevorzugt umfasst der Kühlkörper ein gut wärmeleitfähiges Material, insbesondere ein Metall wie Aluminium oder Magnesium, Kupfer oder Silber.
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Der Kühlkörper ist bevorzugt fluiddicht mit dem Kühlkanal verbunden. Ein Übertritt von Kühlfluid entlang der Anlagefläche des Kühlkörper am Kühlkanal kann verhindert oder zumindest auf ein vorbestimmtes, akzeptables Maß reduziert sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist hierzu ein Dichtmittel zur fluiddichten Anlage radial zwischen dem Kühlkörper und dem Kühlkanal vorgesehen. Dazu ist bevorzugt, dass das Dichtmittel den Kühlkörper vollständig umläuft. Das Dichtmittel kann in einem entsprechenden Raum aufgenommen sein, der im Kühlkörper oder im Kühlkanal eingerichtet ist. Der Raum kann insbesondere eine Nut umfassen, die in einem axialen Bereich vorgesehen sein kann, der zwischen dem inneren und dem äußeren Ende des Kühlkörpers liegt, wenn der Kühlkörper am Kühlkanal angebracht ist. Der Kühlkörper und die Aussparung können jeweils kreisförmige Querschnitte aufweisen. Die Nut ist bevorzugt als Ringnut ausgebildet.
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Das Dichtmittel kann als O-Ring realisiert sein. Das Material des Dichtmittels kann passend gewählt werden und beispielsweise Nitrilkautschuk (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk bzw. Nitrile Butadien Rubber, NBR) umfassen. Der O-Ring kann als Standard-Bauteil ausgebildet sein, etwa des Typs EPDM-70. Dieser Werkstoff zeigt bei Glyckol-Wasser-Gemischen gute Eigenschaften. In einer weiteren Ausführungsform kann auch ein Wellendichtring als Dichtmittel eingesetzt werden. Der Wellendichtring sitzt üblicherweise nicht in einer Ringnut, sondern in einem nach innen offenen Absatz im Kühlkanal.
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Am montierten Kühlsystem, bei dem der Kühlkörper in der Aussparung des Kühlkanals angebracht ist, kann ein Hinweis auf eine Position des Kühlkörpers angebracht sein. Der Hinweis kann unmittelbar auf die axiale Position des Kühlkörpers hinweisen und beispielsweise in mm gegenüber einer vorbestimmten Referenzfläche angegeben sein. Insbesondere kann der Hinweis eine Höhe des Kühlkörpers bezüglich des Kühlkanals betreffen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Hinweis indirekt gegeben sein und auf einen Eintrag in einer Tabelle verweisen. Die Tabelle kann von einem Hersteller des Kühlsystems beispielsweise elektronisch gepflegt werden, etwa in Form einer Datenbank. Am Kühlsystem ist bevorzugt eine eindeutige Identifikation des Kühlsystems angebracht. Die Identifikation kann als Schlüssel für einen Eintrag der Tabelle verwendet werden, wobei der Eintrag die axiale Position des Kühlkörpers wiedergibt. Die Position des Kühlkörpers kann so ohne Messung bestimmt werden.
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Optional kann in entsprechender Weise an einer elektrischen Baugruppe, die eine Platine und ein daran angebrachtes elektronisches Bauelement umfasst, ein Hinweis auf den Abstand zwischen Bauelement und Kühlkörper angebracht sein. Eine Paarung zwischen einer Baugruppe und einem mechanisch beziehungsweise thermisch kompatiblen Kühlsystem kann so verbessert bestimmt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Kühlsystem und die Baugruppe jeweils dazu eingerichtet sind, in einem vorbestimmten Abstand aneinander angebracht zu werden. Dazu können seitens des Kühlkanals und seitens der Platine jeweils Anlageflächen zur gegenseitigen Anlage vorgesehen sein.
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Ein Kühlkörper umfasst ein äußeres Ende und ein inneres Ende. Das äußere Ende ist zur Anlage an einem elektronischen Bauelement eingerichtet ist, das an einer Platine angebracht ist, und das innere Ende ist dazu eingerichtet, von Kühlfluid in einem Kühlkanal umspült zu werden. Dabei ist der Kühlkörper dazu eingerichtet, in Abhängigkeit eines Abstands des Bauelements von der Platine derart in einer Aussparung des Kühlkanals platziert zu werden, dass die Platine in einem vorbestimmten Abstand am Kühlkanal angebracht werden kann. Der Kühlkörper kann bevorzugt zum Aufbau eines hierin beschriebenen Kühlsystems verwendet werden.
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Am inneren Ende des Kühlkörpers kann eine Vielzahl Fortsätze ausgebildet sein, die sich in einer Ausführungsform parallel zueinander erstrecken. Die Fortsätze können beispielsweise zylindrisch sein und sich nach Art von Kühlfingern insbesondere axial zum Kühlkörper erstrecken. Eine bevorzugte Strömungsrichtung des Kühlfluids im Kühlkanal verläuft bevorzugt quer zu den Fortsätzen. In einer anderen Ausführungsform kann am inneren Ende auch eine mäandernde Vertiefung ausgebildet sein, durch die das Kühlfluid strömen kann. Eine Strömungsrichtung des Kühlfluids im Kühlkanal kann dabei im Wesentlichen durch den Mäander führen oder eine Strömung durch den Mäander zumindest begünstigen.
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Ein Kühlkanal zur Aufnahme eines Kühlfluids weist eine Aussparung zur Aufnahme eines Kühlkörpers aufweist. Der Kühlkanal ist dazu eingerichtet, in einem vorbestimmten Abstand an einer Platine angebracht zu werden, an der ein elektronisches Bauelement angebracht ist. Der Kühlkanal ist ferner dazu eingerichtet, den Kühlkörper in einer von einem Abstand des Bauelements von der Platine abhängigen Abstand aufzunehmen, sodass der Kühlkörper am elektronischen Bauelement anliegt und durch die Aussparung ragt. Der Kühlkanal kann insbesondere zur Aufnahme eines hierin beschriebenen Kühlkörpers eingerichtet sein.
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Die vorliegende Erfindung umfasst weiter ein erstes Verfahren zur Bereitstellung eines Kühlsystems, das einen Kühlkörper und einen Kühlkanal zur Durchströmung mit Kühlfluid umfasst; wobei der Kühlkanal eine Aussparung zur Aufnahme des Kühlkörpers aufweist; wobei der Kühlkörper ein inneres Ende und ein äußeres Ende aufweist; wobei das äußere Ende zur Anlage an einem elektronischen Bauelement eingerichtet ist, das an einer Platine angebracht ist; wobei das innere Ende dazu eingerichtet ist, von Kühlfluid im Kühlkanal umspült zu werden. Das Verfahren umfasst Schritte des Bestimmens eines Abstands, in dem das elektronische Bauelement an der Platine angebracht ist; und des Positionierens des Kühlkörpers in Abhängigkeit des bestimmten Abstands in die Aussparung des Kühlkanals, sodass das äußere Ende des Kühlkörpers an dem elektronischen Bauelement anliegt, wenn die Platine in einem vorbestimmten Abstand am Kühlkanal angebracht ist.
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So kann für eine vorgegebene elektrische Baugruppe, die das elektronische Bauelement und die Platine umfasst, ein hierin beschriebenes Kühlsystem individuell erstellt oder angepasst werden.
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Ein zweites Verfahren zur Bereitstellung eines hierin beschriebenen Kühlsystems umfasst Schritte des Bereitstellens einer Vielzahl Kühlkanäle mit in unterschiedlichen Abständen eingesetzten Kühlkörpern; des Bereitstellens einer Platine mit einem angebrachten elektronischen Bauelement; und des Auswählen eines der bereitgestellten Kühlkanäle in Abhängigkeit eines Abstands des elektronischen Bauelements von der Platine derart, dass die Platine in einem vorbestimmten Abstand am Kühlkanal angebracht werden kann, sodass das äußere Ende des Kühlkörpers am elektronischen Bauelement anliegt.
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So kann für eine vorgegebene Baugruppe aus einer Vielzahl bereitstehender Kühlsysteme ein passendes herausgesucht werden. Ein Austausch einer Baugruppe an einem Kühlsystem kann erleichtert sein. In umgekehrter Weise kann für ein bestehendes Kühlsystem auch eine passende Baugruppe bestimmt werden. Das Bestimmen zueinander passender Baugruppen und Kühlsysteme kann auf eine Weise bestimmt werden, wie sie beispielsweise zur Paarung hoch belasteter Zahnräder, etwa für eine Primärverzahnung an einem Verbrennungsmotor, bekannt ist.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein Kühlsystem mit einer elektrischen Baugruppe;
- 2 verschiedene Ansichten eines Kühlkörpers eines Kühlsystems;
- 3 eine weitere Ansicht eines Kühlsystems;
- 4 ein Ablaufdiagramm eines ersten Verfahrens; und
- 5 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Verfahrens
darstellt.
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1 zeigt ein System 100 mit einem Kühlsystem 110 und einer elektrischen Baugruppe 105. Das System 100 ist bevorzugt zum Einsatz an Bord eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs eingerichtet. Das System 100 kann dazu eingerichtet sein, eine Funktion des Fahrzeugs zu steuern. In einer Ausführungsform ist das System 100 dazu eingerichtet, eine Längs- und/oder Quersteuerung des Fahrzeugs in Abhängigkeit einer Abtastung eines Umfelds, beispielsweise mittels einer Kamera, eines Radar- oder LiDAR-Sensors, durchzuführen.
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Die Baugruppe 105 umfasst eine Platine 115, auf der ein elektronisches Bauelement 120 angebracht ist. Das Bauelement 120 kann insbesondere eine Verarbeitungseinrichtung umfassen und beispielsweise als CPU oder GPU ausgelegt sein. Üblicherweise ist das Bauelement 120 an der Platine 115 verlötet; eine andere Anbringungsweise, etwa mittels eines an der Platine 115 angebrachten Sockels, von dem das Bauelement gelöst werden kann, ist jedoch ebenfalls möglich. Bei der Anbringung kann eine Position des Bauelements 120 bezüglich der Platine 115 in einem vorbestimmten Bereich variieren. Eine Variation der Position in horizontaler Richtung, also parallel zu einer Oberfläche der Platine 115, ist üblicherweise unkritisch. Vorliegend wird davon ausgegangen, dass ein Verkanten des Bauelements 120 gegenüber der Platine 115 ebenfalls unkritisch ist. Eine vertikale Variation der Position kann im Bereich von ca. ± 0,2 mm liegen.
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Das Kühlsystem 105 umfasst einen Kühlkanal 125 mit einer Aussparung 130, in die ein Kühlkörper 135 eingesetzt ist. Der Kühlkanal 125 kann aus mehreren Elementen gebildet sein, die einen Raum abschließen, in dem ein Kühlfluid strömen kann. In 1 ist der Kühlkanal 125 nicht dargestellt. Wie später noch genauer gezeigt wird, ist der Kühlkanal 125 dazu eingerichtet, das Kühlfluid nur an einen unteren Abschnitt des Kühlkörpers 135 gelangen zu lassen. Dabei ruht der Kühlkanal 125 mechanisch auf einem Träger 140, der vorliegend noch weitere Bauelemente tragen kann. Der Träger 140 kann beispielsweise in Gussbauweise aus Leichtmetall herstellbar sein. In 1 ist an der Unterseite des Trägers 140 ein weiterer Kühlkörper angebracht, der von Umgebungsluft umströmt werden kann.
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Der Kühlkanal 125 kann Teil eines geschlossenen Systems sein, wobei das Kühlfluid bevorzugt flüssig ist und beispielsweise eine Mischung aus Wasser und Glykol umfassen kann. Das Kühlsystem 105 kann dazu eingerichtet sein, das Kühlfluid nach Art eines Kreislaufs am Kühlkörper 135 entlang strömen zu lassen, um Wärme aufzunehmen, es weiter an einen Radiator zu führen, wo es Wärme abgeben kann, und erneut an den Kühlkörper zu führen. Im vorderen linken Bereich von 1 ist ein Anschluss zu sehen, durch den Kühlfluid des Kühlsystems 105 ein- oder ausströmen kann.
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Der Kühlkörper 135 ist bevorzugt aus einem Werkstoff gefertigt, der einen geringen Wärmewiderstand aufweist, beispielsweise ein Leichtmetall wie Aluminium oder Magnesium. Der Kühlkörper 135 weist eine Längsachse 150 auf, die sich üblicherweise senkrecht zu einer Begrenzung des Kühlkanals 125 erstreckt. Ist die Baugruppe 110 am Kühlsystem 105 angebracht, erstreckt sich die Längsachse 150 bevorzugt senkrecht zu einer Oberfläche der Platine 115. Auf die Längsachse 150 wird im Folgenden Bezug genommen, beispielsweise wenn von einer radialen oder axialen Richtung die Rede ist.
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Der Kühlkörper 135 hat an entgegengesetzten Seiten bezüglich der Längsachse 150 ein inneres Ende 155, das dazu eingerichtet ist, von Kühlfluid umspült zu werden, und ein äußeres Ende 160, das dazu eingerichtet ist, am elektronischen Bauelement 120 anzuliegen. In einem Bereich zwischen den Enden 155 und 160 tritt der Kühlkörper 135 durch die Aussparung 130. Bevorzugt ist der Kühlkörper 135 in diesem Bereich durch Reibschluss am Kühlkanal 125 gehalten.
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Die Baugruppe 110 kann am Träger 140 angebracht werden, an welchem das Kühlsystem 105 angebracht sein kann. In einer anderen Ausführungsform kann die Baugruppe 110 auch direkt am Kühlsystem 105 und insbesondere am Kühlkanal 125 befestigt werden. Die erwähnte Höhentoleranz des Bauelements 120 gegenüber der Platine 115 kann bewirken, dass zwischen dem Bauelement 120 und dem äußeren Ende 160 des am Kühlkanal 125 befestigten Kühlkörpers 135 ein Spalt besteht, der einer guten Wärmeübertragung entgegen wirkt. Ein Ausgleich der mechanischen Toleranz kann mittels einer thermischen Leitmasse (TIM: Thermal Interface Material) erfolgen. Allerdings kann durch den Wärmewiderstand der Leitmasse der Kühlkörper 135 thermisch nicht optimal an das Bauelement 120 angebunden sein.
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Es wird daher vorgeschlagen, den Kühlkörper 135 für eine vorbestimmte Baugruppe 110 individuell axial in der Aussparung 135 zu positionieren. Beispielsweise kann an der Baugruppe 110 eine axiale Position des Bauelements 120 gegenüber der Platine 115 gemessen und die axiale Position des Kühlkörpers 135 in Abhängigkeit davon eingestellt werden.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass der Kühlkörper 135 mechanisch mittels Reibschluss am Kühlkanal 125 gehalten ist. Zur sicheren Befestigung des Kühlkörpers 135 kann dieser in die Aussparung 130 eingepresst, eingeschrumpft oder eingedehnt werden. Die axiale Position kann im Rahmen einer Montage des Kühlkörpers 135 am Kühlkanal 135 oder erst später, in einem Kalibrierungs- oder Anpassungsschritt, eingestellt werden.
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Um einem Übertritt von Kühlfluid zwischen einer Innenseite und einer Außenseite des Kühlkanals 125 im Bereich der Aussparung 130 entgegen zu wirken, kann ein Dichtmittel 165 vorgesehen sein, das in 1 nicht dargestellt ist. Das Dichtmittel 165 kann insbesondere eine Radialdichtung zwischen dem Kühlkörper 135 und dem Kühlkanal 125 umfassen. Zur Aufnahme des Dichtmittels 165 kann eine Nut 170 vorgesehen sein, die alternativ in den Kühlkörper 135 oder in das Material des Kühlkanals 125 radial eingebracht sein kann. Im Bereich der Aussparung 130 können der Kühlkörper 135 und der Kühlkanal 125 jeweils einen runden Querschnitt aufweisen. Die Nut 170 kann als Ringnut ausgebildet sein. Als Dichtmittel kann ein üblicher O-Ring vorgesehen sein.
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2 zeigt verschiedene Ansichten eines Kühlkörpers 135, der zum Einsatz in einem Kühlsystem 105 eingerichtet ist. 2a stellt das äußere Ende 160 in den Vordergrund, während 2b das innere Ende 155 besser erkennen lässt.
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Der Kühlkörper 135 kann eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen oder aus einer solchen herausgearbeitet werden. Am äußeren Ende 160 kann eine Vertiefung 205 zur Aufnahme des elektronischen Bauelements 120 vorgesehen sein. Einer oder mehrere Abstandshalter 210 können dazu eingerichtet sein, einen Mindestabstand zur Platine 115 sicher zu stellen. Optional kann an einem Abstandshalter 210 eine Aufnahme für ein Befestigungselement für die Platine 115 vorgesehen sein.
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Am inneren Ende 155 kann eine Struktur vorgesehen sein, die zum verbesserten Wärmeübergang zwischen dem Kühlkörper 135 und dem Kühlfluid beitragen kann. Die dargestellte Struktur umfasst eine Vielzahl Fortsätze 215, die sich in axialer Richtung erstrecken, und die auch „pin fins“ genannt werden können. Die Fortsätze 215 können insbesondere quaderförmig oder zylindrisch geformt sein. Die Fortsätze 215 können gleichmäßig in Zeilen und Spalten angeordnet sein. Jede zweite Zeile oder Spalte kann gegenüber einer benachbarten versetzt sein. Die Struktur kann in axialer Richtung im Wesentlichen die gesamte Höhe eines Innenraums des Kühlkanals 125 einnehmen. Die Struktur kann nur in einem Bereich vorgesehen sein, in dem Kühlfluid im Kühlkanal 125 vorhanden ist beziehungsweise strömt. In der dargestellten Ausführungsform sind am Kühlkörper 135 massive Abschnitte 220 zu beiden Seiten dieses Querschnitts vorgesehen.
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In einer anderen Ausführungsform kann die Struktur auch eine oder mehrere mäanderförmige Vertiefungen umfassen, die in das Material des Kühlkörpers 135 eingebracht sein können.
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Die Nut 170 weist bevorzugt eine obere und/oder untere Begrenzungsfläche auf, die senkrecht zur Längsachse 150 verläuft. So kann verhindert werden, dass ein in die Nut 170 eingelegter O-Ring bei der Anbringung des Kühlkörpers 135 am Kühlkanal 125 aus der Nut 170 herausrollt und eingeklemmt wird.
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3 zeigt eine weitere Ansicht eines Systems 100. Der dargestellte Träger 140 bietet Platz zur Aufnahme von bis zu drei elektrischen Baugruppen 110. In einer links dargestellten Position ist noch keine Baugruppe 110 am Träger 140 eingesetzt, sodass das äußere Ende 160 des Kühlkörpers 135 sichtbar ist. Zu beiden Seiten des Kühlkörpers 135 sind Steckkontakte 305 zur elektrischen Verbindung mit einer Baugruppe 110 zu erkennen.
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In einer mittleren dargestellten Position ist eine Baugruppe 110 bereits am Träger 140 angebracht. Obere Enden der Steckkontakte 305 ragen durch korrespondierende Aussparungen der Baugruppe 110. In einer rechten Position ist eine am Träger 140 angebrachte Baugruppe 110 mittels einer Abdeckung 310 abgedeckt. Die Abdeckung 310 kann beispielsweise aus einem Blech herstellbar sein und die Baugruppe 110 bevorzugt hermetisch am Träger 140 abschließen.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Verfahrens 400. In einem ersten Schritt 405 kann eine Platine 115 bestückt werden, wobei das elektronische Bauelement 120 an ihr angebracht wird. Ergebnis dieses Schritts ist eine fertige Baugruppe 11. Die Baugruppe 110 kann auch fertig mit dem an der Platine 115 angebrachten Bauelement 120 bereitgestellt werden.
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In einem Schritt 410 kann eine Höhe des Bauelements 120 an der Platine bestimmt werden. Unter der Höhe ist üblicherweise ein Abstand zwischen der Platine 115 und einer Anlagefläche des Bauelements 120 für den Kühlkörper 135 zu verstehen. Der Abstand wird bevorzugt senkrecht zu einer dem Bauelement 120 zugewandten Oberfläche der Platine 115 bestimmt. Diese Richtung entspricht allgemein der Richtung der Längsachse 150, wenn die Baugruppe 110 am Kühlsystem 105 angebracht ist.
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In einem Schritt 415 kann der Kühlkörper 135 in Abhängigkeit der bestimmten Höhe am Kühlkanal 125 axial positioniert werden. Vor dem Schritt 415 kann der Kühlkörper 135 bereits am Kühlkanal 125 angebracht sein, oder das Anbringen des Kühlkörpers 135 am Kühlkanal 125 kann vom Schritt 410 umfasst sein. Ist ein Dichtmittel 165 vorgesehen, so kann es vorher am Kühlkörper 135 oder am Kühlkanal 125 angebracht werden. Das Positionieren kann eine axiale Kraft auf den Kühlkörper 135 erfordern, die größer als die Reibkraft zwischen dem Kühlkörper 135 und dem Kühlkanal 125 ist. Gleichzeitig sollte eine Positioniergenauigkeit besser als die Toleranz der axialen Position des Bauelements 120 an der Platine 115 sein. In einer Ausführungsform wird der Kühlkörper 135 mittels einer hydraulischen Presse axial am Kühlkanal 125 positioniert.
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Die Position des Kühlkörpers 130 am Kühlkanal 125 kann eine Höhe der Anlagefläche am äußeren Ende 160 des Kühlkörpers 135 bezüglich einer Anlagefläche des Kühlkanals 125 am Träger 140 bestimmt sein. Eine Summe dieser Höhe und der Höhe des Bauelements 120 über der Platine 115, sollte möglichst so groß sein wie ein axialer Abstand zwischen der Anlagefläche der Platine 115 am Träger 140 und einer Anlagefläche des Kühlkanals 125 am Träger 140. Aus dieser Beziehung kann die gewünschte axiale Position des Kühlkörpers 135 am Kühlkanal 125 rechnerisch bestimmt werden, bevor die Position eingestellt wird. In einer Ausführungsform kann ein TIM berücksichtigt werden, das in einer vorbestimmten Dicke zwischen dem Kühlkörper und dem äußeren Ende 160 des Kühlkörpers 135 vorgesehen sein kann. Die Schichtdicke des TIM sollte so bemessen sein, dass es nach der Anbringung der Baugruppe 110 am Kühlsystem 105 Hohlräume zwischen den dem Kühlkörper 135 und dem Bauelement 120 möglichst vollständig füllt, jedoch den Abstand zwischen den beiden Körpern nicht weiter erhöht.
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In einem weiteren Schritt 420 kann die Baugruppe 110 am Kühlsystem 105 angebracht werden oder umgekehrt, um ein System 100 zu ergeben. Das Anbringen kann im Rahmen des Verfahrens 400 erfolgen oder erst zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden. Bevorzugt besteht eine Zuordnung zwischen einer spezifischen Baugruppe 110 und einem individuell dafür bereitgestellten Kühlsystem 105, bevor beide aneinander angebracht werden. Beide Elemente können getrennt voneinander hergestellt werden und beispielsweise erst aneinander montiert werden, nachdem das Kühlsystem 105 an einem Fahrzeug angebracht ist.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines zweiten Verfahrens 500. In einem Schritt 505 kann eine Platine 115 bestückt werden, wie oben mit Bezug auf Schritt 405 des Verfahrens 400 beschrieben wurde. In einem Schritt 510 kann eine Höhe des Bauelements 120 bezüglich der Platine 115 bestimmt werden, wie oben mit Bezug auf Schritt 410 des Verfahrens 400 beschrieben wurde.
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Nebenläufig zu diesen Schritten kann in einem Schritt 515 ein Kühlkörper 135 an einem Kühlkanal 125 angebracht werden. Dabei kann eine willkürliche oder unwillkürliche Streuung der axialen Position des Kühlkörpers 135 erfolgen, die bevorzugt der Variation der axialen Position des Bauelements 120 bezüglich der Platine 115 entspricht.
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In einem Schritt 525 kann eine Zuordnung zwischen einer Baugruppe 110 und einem Kühlsystem 105 bestimmt werden. Dazu können die in den Schritten 510 und 520 bestimmten Höhen in die oben geschilderte Beziehung gebracht werden. Eine Zuordnung zwischen einem Kühlsystem 105 und einer Baugruppe 110 kann auch als Paarung bezeichnet werden.
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Soll eine Baugruppe 110 an einem System 100 mit einem Kühlsystem 105 ausgetauscht werden, so kann eine Baugruppe 110 bestimmt werden, bei der die Höhe des Bauelements 120 über der Platine 115 derjenigen an der auszutauschenden Baugruppe 110 möglichst genau entspricht. Ein Hinweis auf eine bestimmte Höhe des Bauelements 120 an der Platine 115 kann auf der Baugruppe 110 angegeben sein. In entsprechender Weise kann ein Hinweis auf eine bestimmte Höhe eines Kühlkörpers 135 am Kühlkanal 125 an einem Kühlsystem 105 angegeben sein. Die Hinweise können beispielsweise numerisch, alphanumerisch oder codiert ausgeführt sein, etwa in Form eines optischen Strich- oder Flächencodes (QR-Code).
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Bezugszeichenliste
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- 100
- System
- 105
- Kühlsystem
- 110
- Baugruppe
- 115
- Platine
- 120
- elektronisches Bauelement
- 125
- Kühlkanal
- 130
- Aussparung
- 135
- Kühlkörper
- 140
- Träger
- 145
- Anschluss
- 150
- Längsachse
- 155
- inneres Ende
- 160
- äußeres Ende
- 165
- Dichtmittel
- 170
- Nut
- 205
- Vertiefung
- 210
- Abstandshalter
- 215
- Fortsatz
- 220
- Abschnitt
- 305
- Steckkontakt
- 310
- Abdeckung
- 400
- erstes Verfahren
- 405
- Platine bestücken
- 410
- Höhe Bauelement bestimmen
- 415
- Kühlkörper axial positionieren
- 420
- Baugruppe an Kühlsystem anbringen
- 500
- zweites Verfahren
- 505
- Platine bestücken
- 510
- Höhe Bauelement bestimmen
- 515
- Kühlkörper einpassen
- 520
- Höhe Kühlkörper bestimmen
- 525
- Paarung bestimmen
- 530
- Baugruppe an Kühlsystem anbringen
