DE102021110319A1 - Electrical system and method of manufacturing the electrical system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektrisches System (10) und ein Verfahren zur Herstellung des elektrischen Systems (10), wobei das elektrische System (10) ein Gehäuse (15), einen Kühlkörper (20), wenigstens ein erstes elektrisches Modul (30) mit wenigstens einer ersten Wärmequelle (65), eine dünnwandig ausgebildete Wärmeleiteinrichtung (35) und eine Schaumummantelung (25) aufweist, wobei das erste elektrische Modul (30) in einem Gehäuseinnenraum (51) des Gehäuses (15) und der Kühlkörper (20) außerhalb des Gehäuseinnenraums (51) des Gehäuses (15) angeordnet ist, wobei die Wärmeleiteinrichtung (35) an einer Seite thermisch mit der ersten Wärmequelle (65) und an einer anderen Seite der Wärmeleiteinrichtung (35) die Wärmeleiteinrichtung (35) mit dem Kühlkörper (20) thermisch verbunden ist, wobei die erste Wärmequelle (65) bei Aktivierung eine erste Wärme (Q1) erzeugt und die Wärmeleiteinrichtung (35) zur Kühlung der ersten Wärmequelle (65) ausgebildet ist, die erste Wärme (Q1) von der ersten Wärmequelle (65) zu dem Kühlkörper (20) abzuführen, wobei die Schaumummantelung (25) die Wärmeleiteinrichtung (35) und/oder das erste elektrische Modul (30) zumindest abschnittweise umschließt.The invention relates to an electrical system (10) and a method for producing the electrical system (10), the electrical system (10) having a housing (15), a heat sink (20), at least a first electrical module (30) with at least a first heat source (65), a thin-walled heat-conducting device (35) and a foam casing (25), the first electrical module (30) in a housing interior (51) of the housing (15) and the heat sink (20) outside the housing interior (51) of the housing (15), the heat conducting device (35) being thermally connected to the first heat source (65) on one side and the heat conducting device (35) being thermally connected to the heat sink (20) on another side of the heat conducting device (35). connected, wherein the first heat source (65) generates a first heat (Q1) when activated and the heat conducting device (35) is designed to cool the first heat source (65), the first heat (Q1) from the first W dissipate the heat source (65) to the heat sink (20), the foam casing (25) enclosing the heat-conducting device (35) and/or the first electrical module (30) at least in sections.
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches System gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung solch eines elektrischen Systems gemäß Patentanspruch 9.The invention relates to an electrical system according to claim 1 and a method for manufacturing such an electrical system according to claim 9.
Aus
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes elektrisches System und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Systems bereitzustellen.It is the object of the invention to provide an improved electrical system and an improved method for manufacturing an electrical system.
Diese Aufgabe wird mittels eines elektrischen Systems gemäß Patentanspruch 1 und mittels eines Verfahrens zur Herstellung solch eines elektrischen Systems gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by means of an electrical system according to patent claim 1 and by means of a method for manufacturing such an electrical system according to patent claim 9. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.
Es wurde erkannt, dass ein verbessertes elektrisches System zur Übertragung von elektrischer Leistung in einem Kraftfahrzeug dadurch bereitgestellt werden kann, dass das elektrische System ein Gehäuse, einen Kühlkörper, wenigstens ein erstes elektrisches Modul mit wenigstens einer ersten Wärmequelle, wenigstens eine dünnwandig ausgebildete Wärmeleiteinrichtung und eine Schaumummantelung aufweist. Das erste elektrische Modul ist in einem Gehäuseinnenraum des Gehäuses und der Kühlkörper ist außerhalb des Gehäuseinnenraums des Gehäuses angeordnet. Die Wärmeleiteinrichtung ist an einer Seite thermisch mit der ersten Wärmequelle verbunden. An einer anderen Seite der Wärmeleiteinrichtung ist die Wärmeleiteinrichtung mit dem Kühlkörper thermisch verbunden. Die erste Wärmequelle erzeugt bei Aktivierung eine erste Wärme, wobei die Wärmeleiteinrichtung zur Kühlung der ersten Wärmequelle ausgebildet ist, die erste Wärme von der ersten Wärmequelle zu dem Kühlkörper abzuführen. Die Schaumummantelung umschließt zumindest abschnittsweise die Wärmeleiteinrichtung und/oder das erste elektrische Modul.It was recognized that an improved electrical system for the transmission of electrical power in a motor vehicle can be provided in that the electrical system has a housing, a heat sink, at least one first electrical module with at least one first heat source, at least one thin-walled heat-conducting device and a has foam coating. The first electrical module is arranged in a housing interior of the housing and the heat sink is arranged outside of the housing interior of the housing. The heat conducting device is thermally connected to the first heat source on one side. On another side of the heat conducting device, the heat conducting device is thermally connected to the heat sink. The first heat source generates a first heat when activated, the heat conducting device for cooling the first heat source being designed to dissipate the first heat from the first heat source to the heat sink. The foam casing encloses the heat conducting device and/or the first electrical module at least in sections.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das erste elektrische Modul mechanisch durch die Schaumummantelung geschützt ist und gleichzeitig gut durch die Wärmeleiteinrichtung mit dem Kühlkörper thermisch gekoppelt ist. Durch die Kühlung kann eine thermische Überhitzung des ersten elektrischen Moduls verhindert werden. Insbesondere kann trotz der durch die Schaumummantelung guten thermischen Isolierung Wärme zuverlässig der Wärmequelle des ersten elektrischen Moduls zu dem Kühlkörper abgeführt werden.This configuration has the advantage that the first electrical module is mechanically protected by the foam casing and at the same time is thermally well coupled to the heat sink by the heat-conducting device. Thermal overheating of the first electrical module can be prevented by the cooling. In particular, heat can be reliably dissipated from the heat source of the first electrical module to the heat sink despite the good thermal insulation provided by the foam casing.
In einer weiteren Ausführungsform weist das elektrische System ein zweites elektrisches Modul mit einer dritten Wärmequelle auf. Das zweite elektrische Modul ist identisch oder unterschiedlich zu dem ersten elektrischen Modul ausgebildet. Das zweite elektrische Modul ist versetzt zu dem ersten elektrischen Modul in dem Gehäuseinnenraum angeordnet. Durch die Wärmeleiteinrichtung ist die dritte Wärmequelle thermisch mit dem Kühlkörper zur Kühlung der dritten Wärmequelle verbunden.In a further embodiment, the electrical system has a second electrical module with a third heat source. The second electrical module is identical to or different from the first electrical module. The second electrical module is offset from the first electrical module in the interior of the housing. The heat conducting device thermally connects the third heat source to the heat sink for cooling the third heat source.
In einer weiteren Ausführungsform weist das erste elektrische Modul eine zweite Wärmequelle auf, wobei die Wärmeleiteinrichtung thermisch mit der zweiten Wärmequelle zur Kühlung der zweiten Wärmequelle verbunden ist. Die Wärmeleiteinrichtung ist ausgebildet, Wärme von der ersten Wärmequelle und von der zweiten Wärmequelle zu dem Kühlkörper zu leiten. Diese Ausgestaltung hat Vorteil, dass eine Bauteilanzahl des elektrischen Systems gering ist. Ferner ist der Bauraumbedarf für die Wärmeleiteinrichtung so gering, dass mittels der Wärmeleiteinrichtung beide Wärmequellen des elektrischen Moduls mit dem Kühlkörper verbunden werden können.In a further embodiment, the first electrical module has a second heat source, with the heat conducting device being thermally connected to the second heat source for cooling the second heat source. The thermal conduction device is designed to conduct heat from the first heat source and from the second heat source to the heat sink. This configuration has the advantage that the number of components in the electrical system is small. Furthermore, the installation space required for the heat conduction device is so small that both heat sources of the electrical module can be connected to the heat sink by means of the heat conduction device.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Gehäuse ein schalenartig ausgebildetes erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil auf. Das erste Gehäuseteil, das zweite Gehäuseteil und der Kühlkörper begrenzen gemeinsam den Gehäuseinnenraum an dem ersten Gehäuseteil. Die Schaumummantelung verbindet stoffschlüssig das erste Gehäuseteil, das zweite Gehäuseteil und den Kühlkörper miteinander. Dadurch wird ein besonders stabiles und schlagfestes elektrisches System bereitgestellt.In a further embodiment, the housing has a shell-like first housing part and a second housing part. The first housing part, the second housing part and the heat sink jointly delimit the housing interior on the first housing part. The foam casing materially connects the first housing part, the second housing part and the heat sink to one another. This provides a particularly stable and impact-resistant electrical system.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Wärmeleiteinrichtung zumindest bereichsweise gitterartig, folienartig und/oder streifenartig ausgebildet. Die gitterartige und/oder streifenartige Ausgestaltung hat jeweils den Vorteil, dass in der Herstellung des elektrischen Systems der Schaumwerkstoff besonders gut auch die Wärmeleiteinrichtung umfließen kann. Die durchgehende folienartige Ausgestaltung der Wärmeleiteinrichtung hat den Vorteil, dass die Wärmeleiteinrichtung besonders viel Wärme zwischen Wärmequelle und dem Kühlkörper übertragen kann. Ferner ist die durchgehende Wärmeleiteinrichtung besonders kostengünstig und kann gut gehandhabt werden.In a further embodiment, the heat-conducting device is designed, at least in regions, in the manner of a grid, foil-like and/or strip-like. The grid-like and/or strip-like configuration has the advantage that the foam material can also flow around the heat-conducting device particularly well during production of the electrical system. The continuous foil-like configuration of the heat-conducting device has the advantage that the heat-conducting device can transfer a particularly large amount of heat between the heat source and the heat sink. Furthermore, the continuous heat-conducting device is particularly inexpensive and easy to handle.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Wärmeleiteinrichtung zumindest abschnittsweise um das erste elektrische Modul gefaltet. Umfangseitig liegt an zwei gegenüberliegenden Seiten des ersten elektrischen Moduls die Wärmeleiteinrichtung an dem ersten elektrischen Modul an. Dadurch wird eine besonders gute Kühlung des elektrischen Moduls sichergestellt. Ferner ist durch die Faltung die Wärmeleiteinrichtung einfach in den Gehäuseinnenraum des Gehäuses einbringbar. Von besonderem Vorteil ist, wenn die Wärmeleiteinrichtung zumindest abschnittsweise in die Schaumummantelung eingebettet ist. In a further embodiment, the heat-conducting device is folded around the first electrical module at least in sections. On the circumference, the heat conducting device bears against the first electrical module on two opposite sides of the first electrical module. This results in particularly good cooling of the electrical module secured. Furthermore, due to the fold, the thermal conduction device can be introduced easily into the housing interior of the housing. It is of particular advantage if the heat-conducting device is embedded in the foam casing at least in sections.
Dadurch ist die Wärmeleiteinrichtung umfangsseitig durch die Schaumummantelung umschlossen und befestigt.As a result, the heat-conducting device is surrounded and fastened on the peripheral side by the foam casing.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Wärmeleiteinrichtung zumindest einen ersten Abschnitt und einen dritten Abschnitt auf, wobei der erste Abschnitt geneigt zu dem dritten Abschnitt angeordnet ist, wobei der dritte Abschnitt an dem Kühlkörper anliegt und thermisch mit dem Kühlkörper verbunden ist, wobei der erste Abschnitt einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich aufweist, wobei zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich eine erste Unterbrechung angeordnet, in die die Schaumummantelung ragt, wobei der erste Teilbereich über den dritten Abschnitt mit dem zweiten Teilbereich mechanisch und thermisch verbunden ist, wobei der erste Teilbereich an dem ersten elektrischen Modul und der zweite Teilbereich an dem zweiten elektrischen Modul anliegt. Dadurch ist ein Wärmeübertragungspfad zwischen dem ersten elektrischen Modul und dem zweiten elektrischen Modul besonders lang, sodass eine Erwärmung des einen elektrischen Moduls in deaktiviertem Zustand durch das andere aktivierte elektrische Modul geringgehalten ist. Ferner kann die Wärme aus dem aktivierten elektrischen Modul zuverlässig abgeführt werden.In a further embodiment, the heat conducting device has at least a first section and a third section, the first section being arranged inclined to the third section, the third section bearing against the heat sink and being thermally connected to the heat sink, the first section having a has a first partial area and a second partial area, wherein a first interruption is arranged between the first partial area and the second partial area, into which the foam casing protrudes, wherein the first partial area is mechanically and thermally connected to the second partial area via the third portion, the first partial area on the first electrical module and the second portion is applied to the second electrical module. As a result, a heat transfer path between the first electrical module and the second electrical module is particularly long, so that heating of one electrical module in the deactivated state by the other activated electrical module is kept to a minimum. Furthermore, the heat can be reliably dissipated from the activated electrical module.
In einer weiteren Ausführungsform weist die erste Wärmequelle und/oder die zweite Wärmequelle eine Spule und/oder ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor oder einen Steuerchip, auf. Zusätzlich oder alternativ ist das erste elektrische Modul ein Wechselrichter, insbesondere ein DC/DC Wechselrichter.In a further embodiment, the first heat source and/or the second heat source has a coil and/or a semiconductor component, in particular a metal-oxide-semiconductor field effect transistor or a control chip. Additionally or alternatively, the first electrical module is an inverter, in particular a DC/DC inverter.
Um das oben beschriebene elektrische System herzustellen, wird ein Gehäuse, ein erstes elektrisches Modul mit einer ersten Wärmequelle, ein Kühlkörper und eine Wärmeleiteinrichtung bereitgestellt. Das erste elektrische Modul und die Wärmeleiteinrichtung werden in einem Gehäuseinnenraum des Gehäuses angeordnet. Dabei kann das erste elektrische Modul zusammen mit der Wärmeleiteinrichtung oder in getrennten Schritten sequentiell nacheinander in dem Gehäuseinnenraum des Gehäuses angeordnet werden. Die Wärmeleiteinrichtung wird thermisch mit der ersten Wärmequelle und thermisch mit dem Kühlkörper verbunden. Ferner wird zumindest ein Werkstoff eines Schaumwerkstoffs in den Gehäuseinnenraum eingebracht. Der Werkstoff wird aufgeschäumt oder schäumt zu dem Schaumwerkstoff auf und schmiegt sich zumindest abschnittsweise an die Wärmeleiteinrichtung an oder umschließt zumindest abschnittweise die Wärmeleiteinrichtung. Der Schaumwerkstoff wird zu einer Schaumummantelung ausgehärtet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass mit wenigen Verfahrensschritten ein besonders stabiles und mechanisch belastbares elektrisches System hergestellt werden kann und eine thermische Überhitzung des ersten elektrischen Moduls durch die thermische Kopplung zwischen dem ersten elektrischen Modul und dem Kühlkörper mittels der Wärmeleiteinrichtung vermieden werden kann.In order to produce the electrical system described above, a housing, a first electrical module with a first heat source, a heat sink and a heat conducting device are provided. The first electrical module and the heat conducting device are arranged in a housing interior of the housing. In this case, the first electrical module can be arranged sequentially one after the other together with the heat-conducting device or in separate steps in the housing interior of the housing. The heat conduction device is thermally connected to the first heat source and thermally connected to the heat sink. Furthermore, at least one material of a foam material is introduced into the interior of the housing. The material is foamed or foams up to form the foam material and nestles against the heat-conducting device at least in sections or encloses the heat-conducting device at least in sections. The foam material is cured to form a foam coating. This configuration has the advantage that a particularly stable and mechanically resilient electrical system can be produced in a few method steps and thermal overheating of the first electrical module can be avoided by the thermal coupling between the first electrical module and the heat sink by means of the heat conducting device.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Werkstoff flüssig in den Gehäuseinnenraum eingebracht, wobei der Werkstoff zumindest abschnittsweise die Wärmeleiteinrichtung und das erste elektrische Modul umschließt, wobei beim Aushärten des Schaumwerkstoffs der Schaumwerkstoff stoffschlüssig das erste elektrische Modul mit der Wärmeleiteinrichtung und dem Gehäuse verbindet.In a further embodiment, the material is introduced into the interior of the housing in liquid form, with the material enclosing the heat-conducting device and the first electrical module at least in sections, with the foam material connecting the first electrical module to the heat-conducting device and the housing in a materially bonded manner when the foam material hardens.
In einer weiteren Ausführungsform wird in dem Gehäuseinnenraum ein zweites elektrisches Modul mit einer dritten Wärmequelle angeordnet. Die Wärmeleiteinrichtung wird thermisch mit der dritten Wärmequelle verbunden.In a further embodiment, a second electrical module with a third heat source is arranged in the housing interior. The heat conducting device is thermally connected to the third heat source.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Wärmeleiteinrichtung zumindest abschnittsweise um das erste elektrische Modul gefaltet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sie in der Herstellung einfach um das erste elektrische Modul herum aufgebracht werden kann.In a further embodiment, the heat conducting device is folded around the first electrical module at least in sections. This configuration has the advantage that it can easily be applied around the first electrical module during production.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Wärmeleiteinrichtung an der ersten Wärmequelle angeklebt. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass die thermische Verbindung zwischen Wärmeleiteinrichtung und erster Wärmequelle beim Aufquellen des Schaumwerkstoffes nicht ungewollt unterbrochen wird. Ferner kann auf zusätzliche Mittel zum Anpressen der Wärmeleiteinrichtung an die erste Wärmequelle verzichtet werden. Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn die Wärmeleiteinrichtung selbstklebend ausgebildet ist.In a further embodiment, the heat conducting device is glued to the first heat source. This configuration ensures that the thermal connection between the heat-conducting device and the first heat source is not unintentionally interrupted when the foam material swells. Furthermore, additional means for pressing the heat-conducting device against the first heat source can be dispensed with. It is of particular advantage here if the heat-conducting device is designed to be self-adhesive.
In einer weiteren Ausführungsform umfließt das Vorprodukt zumindest abschnittsweise die Wärmeleiteinrichtung und das erste elektrische Modul. Beim Aushärten verbindet stoffschlüssig das Vorprodukt das erste elektrische Modul mit der Wärmeleiteinrichtung und dem Gehäuse. Dadurch kann auf zusätzliche Befestigungsmittel zur mechanischen Verbindung der Wärmeleiteinrichtung mit dem ersten elektrischen Modul und/oder des ersten elektrischen Moduls mit dem Gehäuse verzichtet werden.In a further embodiment, the preliminary product flows around the heat-conducting device and the first electrical module at least in sections. During curing, the pre-product materially connects the first electrical module to the heat-conducting device and the housing. As a result, additional fastening means for mechanically connecting the heat-conducting device to the first electrical module and/or the first electrical module to the housing can be dispensed with.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 einen perspektivischen Querschnitt durch ein elektrisches System gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 eine perspektivische Darstellung des in1 gezeigten elektrischen Systems aus einem anderen Blickwinkel; -
3 eine Schnittansicht entlang einer in1 gezeigten Schnittebene A-A durch das in1 gezeigte elektrische System; -
4 eine Schnittansicht entlang einer in2 gezeigten Schnittebene B-B durch das in2 gezeigte elektrische System; -
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des in1 gezeigten elektrischen Systems; -
6 eine schematische Darstellung des in1 bis4 gezeigten elektrischen Systems während eines ersten Verfahrensschritts; -
7 eine Schnittansicht entlang der in1 gezeigten Schnittebene A-A nach einem vierten Verfahrensschritt; -
8 eine Schnittansicht entlang der in2 gezeigten Schnittebene B-B durch ein elektrisches System gemäß einer zweiten Ausführungsform; -
9 eine Abwicklung der in8 gezeigten Wärmeleiteinrichtung; und -
10 eine Schnittansicht entlang der in2 gezeigten Schnittebene B-B durch ein elektrisches System gemäß einer dritten Ausführungsform.
-
1 a perspective cross section through an electrical system according to a first embodiment; -
2 a perspective view of the in1 shown electrical system from a different angle; -
3 a sectional view along an in1 Section plane AA shown through the in1 electrical system shown; -
4 a sectional view along an in2 shown cutting plane BB through the in2 electrical system shown; -
5 a flowchart of a method for producing the in1 electrical system shown; -
6 a schematic representation of the in1 until4 shown electrical system during a first step; -
7 a sectional view along the in1 Section plane AA shown after a fourth method step; -
8th a sectional view along the in2 Section plane BB shown through an electrical system according to a second embodiment; -
9 a settlement of the in8th heat conduction device shown; and -
10 a sectional view along the in2 Section plane BB shown through an electrical system according to a third embodiment.
In den nachfolgenden Figuren wird auf ein Koordinatensystem Bezug genommen. Das Koordinatensystem weist eine x-Achse (Längsrichtung), eine y-Achse (Querrichtung) und eine z-Achse (Höhenrichtung) auf. Das Koordinatensystem ist beispielhaft als Rechtsystem ausgebildet.In the following figures reference is made to a coordinate system. The coordinate system has an x-axis (longitudinal direction), a y-axis (transverse direction) and a z-axis (vertical direction). The coordinate system is designed as a legal system, for example.
Das elektrische System 10 ist in
Das elektrische System 10 weist ein Gehäuse 15, einen Kühlkörper 20, eine Schaumummantelung 25, wenigstens ein erstes elektrisches Modul 30 und wenigstens Wärmeleiteinrichtung 35 auf. Das erste elektrische Modul 30 kann eine erste Wärmequelle 65 und beispielsweise eine zweite Wärmequelle 75 aufweisen.The
Das Gehäuse 15 weist beispielsweise ein erstes Gehäuseteil 40 und ein zweites Gehäuseteil 45 auf. Das Gehäuse 40 ist in
Das elektrische System 10 kann neben dem ersten elektrischen Modul 30 ein zweites elektrisches Modul 100 aufweisen. Das zweite elektrische Modul 100 ist in Längsrichtung (x-Richtung) versetzt zu dem ersten elektrischen Modul 30 in dem ersten Gehäuseteil 40 angeordnet. Das erste elektrische Modul 30 und das zweite elektrische Modul 100 können in Längsrichtung kürzer ausgebildet sein als eine Längserstreckung des Kühlkörpers 20.The
Das zweite elektrische Modul 100 kann beispielsweise ein zweites Wechselrichtermodul sein, wobei beispielsweise das erste Wechselrichtermodul und das zweite Wechselrichtermodul jeweils eine elektrische Leistung von einer Eingangsspannung jeweils auf zwei unterschiedliche Ausgangsspannungen transformieren. Das zweite elektrische Modul 100 weist eine dritte Wärmequelle 105 auf. Die dritte Wärmequelle 105 kann beispielsweise eine Spule sein.The second
Auf einer ersten Innenseite 55 des Gehäusebodens 50 ist eine erste Ummantelungsschicht 60 der Schaumummantelung 25 angeordnet. Die erste Ummantelungsschicht 60 erstreckt sich beispielsweise im Wesentlichen über eine gesamte Breite (y-Richtung) und vorzugsweise Länge (x-Richtung) des Gehäusebodens 50. Oberseitig auf einer dem Gehäuseboden 50 abgewandten Seite ist auf der ersten Ummantelungsschicht 60 ein erster Abschnitt 85 der Wärmeleiteinrichtung 35 angeordnet. Der erste Abschnitt 85 der Wärmeleiteinrichtung 35 kann sich im Wesentlichen in einer xy-Ebene erstrecken. Auf einer dem Gehäuseboden 50 zugewandten Seite kann der erste Abschnitt 85 mit der ersten Ummantelungsschicht 60 stoffschlüssig verbunden sein.A
In z-Richtung weist der erste Abschnitt 85 der Wärmeleiteinrichtung 35 eine Dicke von vorzugsweise einschließlich 100 µm bis einschließlich 200 µm vorzugsweise einschließlich 150 µm bis einschließlich 180 µm auf. Die erste Wärmeleiteinrichtung 35 kann ein erstes Matrixmaterial aufweisen, wobei das erste Matrixmaterial wenigstens ein Thermoplast, ein Duroplast, ein Polyurethan, ein Elastomer, Polyester, Harz, Polyimide aufweist. Ferner kann die Wärmeleiteinrichtung 35 beispielsweise silikonfrei ausgebildet sein. In dem ersten Matrixmaterial kann ein Partikelmaterial eingebettet sein. Das Partikelmaterial kann beispielsweise Glas, Siliziumkarbid (SiC) und/oder eine Keramik aufweisen. Vorzugsweise weist die Wärmeleiteinrichtung eine Wärmeleitfähigkeit von 0.6 W/m*K bis 7 W/m*K auf. Die Wärmeleiteinrichtung 35 ist elastisch und reversibel, vorzugsweise wenigstens 10 Mal um wenigstens 120°, zerstörungsfrei faltbar und/oder mit einem Radius von 2 mm biegbar.In the z direction, the
Die Wärmeleiteinrichtung 35 kann durchgehend folienartig ausgebildet sein, sodass sie eine im Wesentlichen unterbrechungsfreie Oberfläche aufweist. Zusätzlich kann die Wärmeleiteinrichtung zumindest abschnittsweise netzartig und/oder gitterartig ausgebildet sein. Dadurch kann das elektrische Modul 30, 100 besonders gut umwickelt werden. Eine elektrische Verbindung zwischen den Modulen wird dadurch verhindert, dass die Wärmeleiteinrichtung 35 vorzugsweise elektrisch nicht-leitend ausgebildet ist.The
Das erste elektrische Modul 30 kann beispielsweise ein Gleichspannungswechselrichter (DC/DC-Wechselrichter) sein. Das erste elektrische Modul 30 weist beispielsweise eine Leiterplatte 70 auf. Die erste Wärmequelle 65 kann beispielsweise als elektronisches Halbleiterbauelement, beispielsweise als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MosFET) oder als Steuerchip, ausgebildet sein. Die zweite Wärmequelle 75 kann beispielsweise eine Spule sein. Die erste Wärmequelle 65 und die zweite Wärmequelle 75 sind in
Die Leiterplatte 70 kontaktiert den ersten Abschnitt 85 der Wärmeleiteinrichtung 35 auf einer dem Gehäuseboden 50 zugewandten Seite und ist thermisch mit dem ersten Abschnitt 85 der Wärmeleiteinrichtung 35 verbunden. Dabei können Pins der ersten Wärmequelle 65 und/oder der zweiten Wärmequelle 75 durch die Leiterplatte 70 gesteckt sein. Insbesondere die durch die Leiterplatte 70 durchgeführten Pin-Kontakte der ersten Wärmequelle 65 und/oder der zweiten Wärmequelle 75 können ebenso den ersten Abschnitt 85 der Wärmeleiteinrichtung 35 kontaktieren, so dass unterseitig die erste Wärmequelle 65 und/oder die zweite Wärmequelle 75 thermisch mit dem ersten Abschnitt 85 der Wärmeleiteinrichtung 35 direkt verbunden sind.The printed
Die Wärmeleiteinrichtung 35 ist vorzugsweise nicht elektrisch leitend ausgebildet, so dass die Wärmeleiteinrichtung 35 in direktem Kontakt mit der Leiterplatte 70 und/oder oder den Pin-Kontakten der ersten Wärmequelle 65 und/oder der zweiten Wärmequelle 75 stehen kann.The
Im Betrieb des ersten elektrischen Moduls 30, beispielsweise bei einer Umwandlung einer elektrischen Leistung mit einer ersten elektrischen Spannung auf eine zweite elektrische Spannung erwärmen sich die erste Wärmequelle 65 und die zweite Wärmequelle 75. Oberhalb der ersten Wärmequelle 65 und der zweiten Wärmequelle 75 ist ein zweiter Abschnitt 90 der Wärmeleiteinrichtung 35 sowie eine zweite Ummantelungsschicht 95 der Schaumummantelung 25 angeordnet.During operation of the first
Der zweite Abschnitt 90 der Wärmeleiteinrichtung 35 liegt vorzugsweise oberseitig auf der ersten Wärmequelle 65 und vorzugsweise der zweiten Wärmequelle 75 auf. Dadurch ist der zweite Abschnitt 90 der Wärmeleiteinrichtung 35 thermisch mit der ersten Wärmequelle 65 und vorzugsweise der zweiten Wärmequelle 75 verbunden.The
Der zweite Abschnitt 90 kann mittels einer nicht dargestellten Klebschicht zusätzlich stoffschlüssig mit der Leiterplatte 70 und/oder der ersten Wärmequelle 65 und/oder der zweiten Wärmequelle 75 verbunden sein, um eine gute thermische Anbindung der Wärmeleiteinrichtung 35 zu ermöglichen. The
Auf einer dem Gehäuseboden 50 abgewandten Seite ist der zweite Abschnitt 90 vorzugsweise stoffschlüssig mit der zweiten Ummantelungsschicht 95 verbunden. Die zweite Ummantelungsschicht 95 kann in z-Richtung die gleiche Dicke aufweisen wie die erste Ummantelungsschicht 60. Die zweite Ummantelungsschicht 95 verbindet stoffschlüssig den zweiten Abschnitt 90 mit dem zweiten Gehäuseteil 45, das in
Die Wärmeleiteinrichtung 35 weist einen dritten Abschnitt 101 auf. Der dritte Abschnitt 101 erstreckt sich beispielhaft in einer xz-Ebene. An einer Seite ist der dritte Abschnitt 101 mit dem ersten Abschnitt 85 und in z-Richtung gegenüberliegend mit dem zweiten Abschnitt 90 verbunden. Vorzugsweise sind der erste bis dritte Abschnitt 85, 90, 101 einstückig und materialeinheitlich ausgeformt. Dabei kann in der in
Der dritte Abschnitt 101 liegt auf einer dem ersten Abschnitt 85 und dem zweiten Abschnitt 90 abgewandten zweiten Seite an einer zweiten Innenseite 104 des Kühlkörpers 20 an. Dabei kann beispielsweise mittels eines Wärmeleitklebers, insbesondere beispielsweise eines Silberleitklebers, der dritte Abschnitt 101 an der zweiten Innenseite 104 stoffschlüssig befestigt sein. Der dritte Abschnitt 101 ist dabei thermisch mit der zweiten Innenseite 104 des Kühlkörpers 20 verbunden. The
Der Kühlkörper 20 kann ein oder mehrere Kühlrippen 110 aufweisen, die auf einer zur zweiten Innenseite 104 des Kühlkörpers 20 abgewandten Seite angeordnet sind. In der Ausführungsform ist der Kühlkörper 20 für eine passive Kühlung ausgebildet. Zusätzlich kann an dem Kühlkörper 20 auch ein Gebläse zur aktiven Kühlung des Kühlkörpers 20 vorgesehen sein.The cooling
Oberseitig auf einer zum Gehäuseboden 50 abgewandten Seite in z-Richtung liegt die zweite Ummantelungsschicht 95 an dem zweiten Abschnitt 90 an. Vorzugsweise ist die zweite Ummantelungsschicht 95 auf der zum Gehäuseboden 50 zugewandten Seite stoffschlüssig mit dem zweiten Abschnitt 90 verbunden. Auf einer zum Gehäuseboden 50 abgewandten Seite kann die zweite Ummantelungsschicht 95 stoffschlüssig mit dem zweiten Gehäuseteil 45 verbunden sein.On the upper side, on a side facing away from the
Von besonderem Vorteil ist, wenn die Schaumummantelung 25 das erste elektrische Modul 30 und das zweite elektrische Modul 100 vollständig in dem Gehäuseinnenraum 51 des Gehäuses 15 umschließt. Die netz- bzw. gitterartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Wärmeleiteinrichtung 35 in der Schaumummantelung 25 miteingebettet sein kann und auf diese Weise die Schaumummantelung 25 direkt unterseitig an der Leiterplatten 70 und/oder oberseitig an der Wärmequelle 65, 75, 105 anliegen kann. Insbesondere kann dadurch das erste elektrische Modul 30 und das zweite elektrische Modul 100 bereichsweise in die Schaumummantelung 25 eingebettet sein, wobei jedoch jeweils die Wärmequelle direkt mit der Wärmeleiteinrichtung 35 thermisch verbunden sind. Die Schaumummantelung 25 verbindet in der Ausführungsform stoffschlüssig das zweite Gehäuseteil 45 mit dem ersten Gehäuseteil 40 und den Kühlkörper 20 mit dem Gehäuse 15. Dadurch kann auf zusätzliche Befestigungsmittel zum Befestigen des zweiten Gehäuseteils 45 am ersten Gehäuseteil 40 verzichtet werden.It is of particular advantage if the
Insbesondere kann die Schaumummantelung 25 auch entgegen der in den
Im Betrieb des elektrischen Systems erwärmt sich zumindest die erste Wärmequelle 65. Zusätzlich kann sich auch die zweite Wärmequelle 75 zeitgleich oder abwechselnd zur ersten Wärmequelle 65 erwärmen. Dabei erzeugen die erste und/oder die zweite Wärmequelle 65, 75 eine erste Wärme Q1. Die erste Wärme Q1 ist dabei eine Abwärme, die störend für den Betrieb der ersten und/oder zweiten Wärmequelle 65, 75 ist.At least the
Durch die thermische Kopplung der ersten Wärmequelle 65 und/oder der zweiten Wärmequelle 75 mit dem zweiten Abschnitt 90 wird auf der zum Gehäuseboden 50 abgewandten Seite ein ersten Anteil der ersten Wärme Q1 über den thermischen Kontakt zwischen der ersten und/oder zweiten Wärmequelle 65, 75 und dem zweiten Abschnitt 90 in den zweiten Abschnitt 90 eingeleitet. Der zweite Abschnitt 90 leitet den ersten Anteil der ersten Wärme Q1 an den dritten Abschnitt 101.Due to the thermal coupling of the
Unterseitig der Wärmequelle 65, 75 ist die Leiterplatte 70 zwischen der ersten und/oder zweiten Wärmequelle 65, 75 und dem ersten Abschnitt 85 angeordnet. Durch die Durchkontaktierung der Wärmequelle 65, 75 wird ein zweiter Anteil der Wärme Q1 von der Wärmequelle direkt an den ersten Abschnitt 85 übertragen. Aufgrund der großen Auflagefläche der Wärmequelle 65, 75 an der Leiterplatte 70 wird ferner ein dritter Anteil der ersten Wärme Q1 über die Leiterplatte 70 an den ersten Abschnitt 85 übertragen. Der erste Abschnitt 85 leitet den zweiten und dritten Anteil der Wärme Q1 von der Wärmequelle 65, 75 hin zu dem dritten Abschnitt 101. Über den thermischen Kontakt zwischen dem dritten Abschnitt 101 und der zweiten Innenseite 104 des Kühlkörpers 20 wird der erste bis dritte Anteil der ersten Wärme Q1 an den Kühlkörper 20 übertragen. Der Kühlkörper 20 führt mittels der Kühlrippen 110 die erste Wärme Q1 an eine Umgebung 115 ab.The
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass mittels passiver Kühlung und Wärmeabfuhr durch die Wärmeleiteinrichtung das erste elektrische Modul besonders günstig und einfach gekühlt werden kann. Auch kann auf bewegliche Komponenten zur Kühlung des ersten elektrischen Moduls verzichtet werden.This configuration has the advantage that the first electrical module can be cooled in a particularly favorable and simple manner by means of passive cooling and heat dissipation through the heat-conducting device. Movable components for cooling the first electrical module can also be dispensed with.
Das zweite elektrische Modul 100 ist in x-Richtung versetzt zu dem ersten elektrischen Modul 30 angeordnet. Insbesondere kann hierbei das erste und zweite elektrische Modul in x-Richtung beabstandet angeordnet sein.The second
Das zweite elektrische Modul 100 kann einen ähnlichen oder identischen Aufbau wie das erste elektrische Modul 30 aufweisen. So kann beispielsweise das zweite elektrische Modul 100 eine weitere Leiterplatte 120 aufweisen, die auf einer dem Gehäuseboden 50 abgewandten Seite auf den ersten Abschnitt 85 der Wärmeleiteinrichtung 35 angeordnet ist. Oberseitig auf der zum Gehäuseboden 50 abgewandten Seite kann die dritte Wärmequelle 105, die beispielsweise auf der weiteren Leiterplatte 120 angeordnet ist, thermisch mit dem zweiten Abschnitt 90 der Wärmeleiteinrichtung 35 verbunden sein. Auch kann die dritte Wärmequelle 105 stoffschlüssig beispielsweise an dem zweiten Abschnitt 90 auf der zum Gehäuseboden 50 zugewandten Seite des zweiten Abschnitts 90 angeklebt sein.The second
Die Anordnung des ersten elektrischen Moduls 30 und des zweiten elektrischen Moduls 100 an der Wärmeleiteinrichtung 35 hat den Vorteil, dass das elektrische System 10 besonders einfach und kostengünstig ausgebildet sein kann.The arrangement of the first
Im Betrieb erwärmt sich ebenso wie das erste Modul 30 auch das zweite elektrische Modul 100. Dabei erzeugt die dritte Wärmequelle 105 eine zweite Wärme Q2, die störend für den Betrieb des zweiten Moduls ist. Ein erster Anteil der zweiten Wärme Q2 wird direkt von der dritten Wärmequelle 105 in den zweiten Abschnitt 90 eingeleitet. Ein zweiter Anteil der zweiten Wärme Q2 wird über die weitere Leiterplatte 120 indirekt von der dritten Wärmequelle 105 an den ersten Abschnitt 85 der Wärmeleiteinrichtung 35 übertragen. Je nach Ausgestaltung des zweiten Moduls 100, kann beispielsweise ein dritter Anteil der zweiten Wärme Q2 über eine Durchkontaktierung der dritten Wärmequelle 105 durch die weitere Leiterplatte 120 an den ersten Abschnitt 85 übertragen werden. Dadurch kann eine beidseitige Kühlung sowohl des ersten elektrischen Moduls 30 als auch des zweiten elektrischen Moduls 100 sichergestellt werden.During operation, the second
Der erste Anteil der zweiten Wärme Q2 wird über den zweiten Abschnitt 90 hin zu dem dritten Abschnitt 101 durch die Wärmeleiteinrichtung 35 weitergeleitet. Der zweite Anteil der zweiten Wärme Q2 wird über den ersten Abschnitt 85 an den dritten Abschnitt 101 weitergeleitet. Der dritte Abschnitt 101 leitet auch die zweite Wärme Q2 in den Kühlkörper 20 ein, der über die Kühlrippen 110 auch die zweite Wärme Q2 an die Umgebung 115 abgibt.The first portion of the second heat Q 2 is passed on via the
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass auch durch die thermische Isolierung des ersten und zweiten elektrischen Moduls 30, 100 durch die Einbettung in oder durch die Schaumummantelung 25 und die Ableitung der ersten und zweiten Wärme Q1, Q2 eine thermische Überhitzung des ersten und zweiten Moduls 30, 100 verhindert werden kann. Ferner ist die Wärmeleiteinrichtung 35 besonders dünn ausgebildet, sodass das Gehäuse in z-Richtung besonders schlank ausgebildet sein kann.This configuration has the advantage that the thermal insulation of the first and second
Die Wärmeleiteinrichtung 35 ist durchgehend ausgebildet, wobei unter durchgehend verstanden wird, dass die Wärmeleiteinrichtung mit beiden elektrischen Modulen 30, 100 verbunden ist und vorzugsweise unterbrechungsfrei zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Modul 30, 100 ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass das elektrische System besonders einfach montiert werden kann. Ferner ist eine Bauteilanzahl dadurch gering.The
Von besonderem Vorteil ist, wenn die Schaumummantelung 25 beispielsweise mittels eines Niederdruckschäumprozesses hergestellt ist, sodass die erste und/oder zweite Ummantelungsschicht 60, 95 eine entsprechende Niederdruckschaumstruktur aufweist. Durch das Umschäumen sind das erste Gehäuseteil 40 und das zweite Gehäuseteil 45 über die Schaumummantelung 25 miteinander stoffschlüssig verbunden, sodass ein ungewolltes Lösen des ersten Gehäuseteils 40 vom zweiten Gehäuseteil 45 zuverlässig vermieden wird.It is of particular advantage if the
Besonders von Vorteil ist, wenn die Schaumummantelung 25 beispielsweise wenigstens einen der folgenden Schaumwerkstoffe aufweist: offenporiger Schaum, geschlossenporiger Schaum, PU-Schaum, gemischt-geschlossenporiger Schaum, selbstaufschäumender Schaum, partikelverstärkter Schaum, Schaum mit einem Katalysator, Polyethylen-Schaum (EPE).It is particularly advantageous if the
Ferner kann durch die Schaumummantelung 25 das erste und/oder zweite elektrische Modul mechanisch fixiert werden, sodass auch bei Einsatz des elektrischen Systems 10 in einer stark vibrierenden Umgebung, beispielsweise im Motorraum oder direkt montiert an einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, ein ungewolltes Lösen des ersten und/oder zweiten elektrischen Moduls 30, 100 verhindert wird. Dadurch wird eine hohe Haltbarkeit des elektrischen Systems 10 auch bei starken Vibrationen sichergestellt. Insbesondere eignet sich das elektrische System 10 zur Montage direkt an einer Antriebskomponente, beispielsweise einem Motor, beispielsweise einem Verbrennungsmotor oder einem elektrischen Motor, im Kraftfahrzeug.Furthermore, the first and/or second electrical module can be fixed mechanically by the
Des Weiteren verhindert die Schaumummantelung 25 ein Klappern einzelner Komponenten des elektrischen Systems 10, da diese mechanisch dämpfend wirkt. Des Weiteren schützt die Schaumummantelung 25 das elektrische Modul 30, 100 vor mechanischen Schlägen.Furthermore, the
Zusätzlich kann die Schaumummantelung 25 fluiddicht das elektrische Modul 30, 100 gegenüber der Umgebung 115 abdichten, sodass das elektrische Modul 30, 100 vor Korrosion, Feuchtigkeit sowie gegenüber anderen Flüssigkeiten oder Gasen geschützt sind.In addition, the
Ebenfalls ist durch die Schaumummantelung 25 eine thermisch besonders hohe Stabilität insbesondere gegen Thermoschocks gegeben, da bei einer rapiden Abkühlung der Umgebung 115 die Abkühlung der Umgebung 115 kontrolliert an das erste und/oder zweite elektrische Modul 30, 100 über im Wesentlichen die Wärmeleiteinrichtung 35 übertragen wird. Ein weitere Wärmestrom zwischen der Umgebung 115 und dem ersten und/oder zweiten elektrischen Modul 30, 100 über die Schaumummantelung 25 ist gering, sodass eine zu schnelle Abkühlung des ersten und/oder zweiten Moduls 30, 100 vermieden wird. Dadurch wird eine gezielte gerichtete Abkühlung des ersten und/oder des zweiten elektrischen Moduls erlaubt, gleichzeitig wird ein thermischer Verzug zwischen dem elektrischen Modul 30, 100 und dem Gehäuse 15 durch die Schaumummantelung 25 und die Wärmeleiteinrichtung 35 reduziert oder verhindert. Trotz des thermischen Verzuges kann die Wärmeleiteinrichtung 35 Wärme von der Wärmequelle 65, 75, 105 zuverlässig abführen.The
Ferner wird darauf hingewiesen, dass das erste elektrische Modul 30 und/oder das zweite elektrische Modul 100 selbstverständlich auch mit anderen Befestigungsmitteln zusätzlich zur stoffschlüssigen Anbindung über die Schaumummantelung 25 mit dem Gehäuse 15 verbunden sein kann. So können beispielsweise zusätzliche Schrauben, Bolzen oder Nieten vorgesehen sein, um das erste elektrische Modul 30 und/oder das zweite elektrische Modul 100, insbesondere die Leiterplatte 70, 120, mit dem Gehäuse 15, beispielsweise dem ersten Gehäuseteil 40, mechanisch zu verbinden. So kann beispielsweise auch zusätzlich, um das Gehäuse 15 zu schließen, das erste Gehäuseteil 40 mittels einer Rastverbindung mit dem zweiten Gehäuseteil 45 verbunden sein. Auch kann beispielsweise der Kühlkörper 20 mittels Rastmitteln, insbesondere Rastfedern, an dem Gehäuse 15 mechanisch befestigt sein. Zusätzlich kann der Kühlkörper 20 abschnittsweise, beispielsweise seitlich versetzt neben der Wärmeleiteinrichtung 35 stoffschlüssig mit der Schaumummantelung 25 verbunden sein.Furthermore, it is pointed out that the first
Um den Schaumeinsatz für die Schaumummantelung 25 zu reduzieren, können innerhalb des Gehäuses 15 zusätzliche mechanische Befestigungs- und/oder Fixierelemente zur Befestigung des elektrischen Moduls 30, 100 vorgesehen sein. Das kann beispielsweise im Rahmen eines Steges des Gehäuses 15 verwirklicht werden.In order to reduce the use of foam for the
Im ersten Verfahrensschritt 205 werden das erste Gehäuseteil 40 und der Kühlkörper 20 bereitgestellt. Dabei wird der Kühlkörper 20 an dem ersten Gehäuseteil 40 angeordnet. Zusätzlich kann mittels nicht dargestellter Verbindungsmittel der Kühlkörper 20 mit dem ersten Gehäuseteil 40 verbunden sein. Der Kühlkörper 20 begrenzt zusammen mit dem ersten Gehäuseteil 40 den Gehäuseinnenraum 51.In the
In einem auf den ersten Verfahrensschritt 205 folgenden zweiten Verfahrensschritt 210 wird die Wärmeleiteinrichtung 35 in den Gehäuseinnenraum 51 eingelegt (vgl.
In einem auf den zweiten Verfahrensschritt 210 folgenden dritten Verfahrensschritt 215 wird das erste elektrische Modul 30 oberseitig auf den ersten Abschnitt 85 aufgesetzt. Dies ist in
Die Wärmeleiteinrichtung 35 kann selbstklebend ausgebildet sein, wobei eine erste Klebschicht 135 vorzugsweise in
Zusätzlich kann auf der zum Kühlkörper 20 zugewandten Seite des dritten Abschnitts 101 eine zweite Klebschicht 140 angeordnet sein, um stoffschlüssig die Wärmeleiteinrichtung 35 an der zweiten Innenseite 104 des Kühlkörpers 20 zu befestigen.In addition, a second
Im vierten Verfahrensschritt 220 wird der zweite Abschnitt 90 auf das elektrische Modul 30 auf der zum Gehäuseboden 50 abgewandten Seite aufgelegt. Innenseitig auf der zum Gehäuseboden 50 zugewandten Seite des zweiten Abschnitts 90 der Wärmeleiteinrichtung 35 kann eine dritte Klebschicht 145 angeordnet sein, wobei die dritte Klebschicht 145 vorzugsweise thermisch leitfähig ausgebildet ist und den zweiten Abschnitt 90 an dem ersten elektrischen Modul 30 oberseitig befestigt. Insbesondere kann dabei die dritte Klebschicht 145 die Wärmequelle 65, 75 mechanisch und thermisch mit dem zweiten Abschnitt 90 verbinden. Wird auf die dritte Klebschicht 145 verzichtet, so liegt beispielsweise der zweite Abschnitt 90 auf dem elektrischen Modul 30 auf. Auch kann die dritte Klebschicht 145 oberseitig auf der zum Gehäuseboden 50 abgewandten Seite auf dem elektrischen Modul 30 aufgebracht sein. Die dritte Klebschicht 145 kann insbesondere einen Kontaktkleber umfassen. Ein zweites freies Ende 150 des zweiten Abschnitts 90 kann mittels eines zweiten Spalts 155 beabstandet zu dem ersten Gehäuseteil 40 angeordnet sein.In the
Durch die elastische, reversibel faltbare Ausgestaltung der Wärmeleiteinrichtung 35 kann der zweite Abschnitt 90 der Wärmeleiteinrichtung 35 ohne Weiteres umgeklappt werden, sodass während des zweiten Verfahrensschritts 210 eine Öffnung zum Einlegen des elektrischen Moduls 30 in den Gehäuseinnenraum 51 besonders bereit ist. Durch das Umklappen des zweiten Abschnitts 90 gegenüber dem ersten Abschnitt 85 erfolgt keine mechanische Beschädigung oder plastische Verformung in der Wärmeleiteinrichtung 35. Im Gegenteil kann die Wärmeleiteinrichtung 35 mehrfach, beispielsweise fünf bis zehn Mal, reversibel zerstörungsfrei um wenigstens 120° geschwenkt werden. Dadurch können auch Montagefehler, beispielsweise ein fehlerhaftes Einlegen eines der elektrischen Module auch wenn die Wärmeleiteinrichtung 35 bereits mit dem zweiten Abschnitt 90 auf die eine falschen anderen Module aufgelegt worden ist, korrigiert werden, ohne dass hierfür eine neue Wärmeleiteinrichtung 35 notwendig ist.Due to the elastic, reversibly foldable design of the
Alternativ kann die Wärmeleiteinrichtung 35 um das elektrische Modul 30, 100 gefaltet werden und zeitlich danach die Wärmeleiteinrichtung 35 zusammen mit dem elektrischen Modul 30, 100 in den Gehäuseinnenraum 51 beispielsweise auf den Abstandhalter 125 aufgelegt werden.Alternatively, the
In einem auf den vierten Verfahrensschritt 220 folgenden fünften Verfahrensschritt 225 wird ein Werkstoff oder ein Gemisch aus Werkstoffen, beispielsweise mittels eines Applikators, in flüssigem Zustand in den Gehäuseinnenraum 51 eingebracht. Das Gemisch kann beispielsweise aus Polyole und Isocyanat aufweisen. Auch kann ein Treibmittel wie beispielsweise Wasser dem Gemisch zugefügt sein, um einen geschlossenporigen PU-Schaum auszuschäumen.In a
Ein erster Teil des Werkstoffs kann in den ersten Spalt 130 eingefügt werden, beispielsweise mittels einer Applikatornadel, sodass der Werkstoff zwischen dem ersten Abschnitt 85 und dem Gehäuseboden 50 sich ausbreiten kann. Ein zweiter Teil des Werkstoffs kann auf den zweiten Abschnitt 90 aufgebracht werden. Besonders von Vorteil ist, wenn der Werkstoff zähflüssig und honigartig ist.A first portion of the material can be inserted into the
Der Werkstoff kann auch (dünn-) flüssig sein, sodass der Werkstoff die Anordnung aus Wärmeleiteinrichtung 35 und elektrischem Modul 30, 100 umfließt und in Richtung Gehäuseboden 50 fließt. Das flüssige Gemisch kann über den ersten Spalt 130 und den zweiten Spalt 155 gut nach unten in Richtung des Gehäusebodens 50 fließen und die Anordnung aus der Wärmeleiteinrichtung 35 und dem elektrischen Modul 30, 100 umfließen. Die gitterförmige oder netzförmige Ausgestaltung der Wärmeleiteinrichtung 35 hat den Vorteil, dass durch die Öffnungen in der Wärmeleiteinrichtung 35 der flüssige Werkstoff auch durch die Wärmeleiteinrichtung 35 nach unten fließen kann. Dabei kann zumindest teilweise, sofern vorgesehen, der Werkstoff den Abstandshalter 125 umfließen.The material can also be (low-viscosity) liquid, so that the material flows around the arrangement of the heat-conducting
In einem auf den fünften Verfahrensschritt 225 folgenden sechsten Verfahrensschritt 230 wird das zweite Gehäuseteil 45 auf das erste Gehäuseteil 40 aufgesetzt und die Gehäuseöffnung 160 verschlossen. Das zweite Gehäuseteil 45 wird beispielsweise derart an dem ersten Gehäuseteil 40 und dem Kühlkörper 20 angesetzt, dass eine Gehäuseinnenseite 165 (in
Parallel zu dem sechsten Verfahrensschritt 230 wird in einem siebten Verfahrensschritt 235 der Werkstoff zu dem Schaumwerkstoff aufgeschäumt. Das Aufschäumen erfolgt in der Ausführungsform beispielhaft chemisch durch das Treibmittel. Alternativ kann der siebte Verfahrensschritt 235 vor dem sechsten Verfahrensschritt 230 durchgeführt werden und beispielsweise beim Einfüllen des Werkstoffs der Werkstoff mechanisch aufgeschäumt werden. Dabei bildet der Werkstoff sich zu dem Schaumwerkstoff der Schaumummantelung 25 aus. Der Schaumwerkstoff geht dabei in dem Gehäuseinnenraum 51 auf und bildet die erste und zweite Ummantelungsschicht 60, 95 aus. Dabei kann der Schaumwerkstoff das erste und/oder das zweite elektrische Modul 30, 100 umschließen und das erste und/oder das zweite elektrische Modul 30, 100 in die Schaumummantelung 25 einbetten.Parallel to the
Das zweite Gehäuseteil 45 dient beispielhaft als Deckel und verhindert ein zu starkes Aufquellen und Ausdringen der Schaumummantelung 25 aus dem Gehäuseinnenraum 51. Durch das aufgesetzte zweite Gehäuseteil 45 und die verschlossene Gehäuseöffnung 160 wird auch sichergestellt, dass die Wärmeleiteinrichtung 35 und/oder das elektrische Modul 30, 100 vollständig durch die Schaumummantelung 25 umschlossen ist. Insbesondere wird auf diese Art auch sichergestellt, dass sich die zweite Ummantelungsschicht 95 zwischen dem zweiten Abschnitt 90 und dem zweiten Gehäuseteil 45 ausbildet und auch oberseitig auf der zum zweiten Gehäuseteil 45 zugewandten Seite das elektrische Modul 30, 100 über die zweite Ummantelungsschicht 95 mechanisch vor Schwingung und Schlägen gegenüber dem zweiten Gehäuseteil 45 geschützt ist.The
Nach dem Aufschäumen im siebten Verfahrensschritt 235 wird im achten Verfahrensschritt 240 der Schaumwerkstoff ausgehärtet. Dabei wird unter Aushärten die Polymerisierung des Werkstoffs verstanden. Nach dem Aushärten kann gegebenenfalls, sofern etwas durch Ritzen beispielsweise zwischen dem ersten Gehäuseteil 40 und dem zweiten Gehäuseteil 45 von Schaumwerkstoff der Schaumummantelung 25 ausgetreten ist, dieses abgetrennt werden.After foaming in the
Das oben beschriebene Herstellungsverfahren hat den Vorteil, dass auf eine Form an sich verzichtet werden kann und die Form durch das Gehäuseteil 40, 45 ausgebildet wird. Ferner kann die Anzahl der Herstellungsschritte zur Herstellung des elektrischen Systems 10 besonders geringgehalten werden. Insbesondere kann das Verfahren auch automatisiert in einer Fertigungsanlage durchgeführt werden, sodass die Kosten besonders gering sind.The manufacturing method described above has the advantage that a mold per se can be dispensed with and the mold is formed by the
Die in
Im Wesentlichen ist in
Das zweite elektrische Modul 100 ist in x-Richtung versetzt zu dem ersten elektrischen Modul 30 angeordnet. Insbesondere kann hierbei das erste elektrische Modul 30 und zweite elektrische Modul 100 in x-Richtung beabstandet angeordnet sein. Das zweite elektrische Modul 100 kann einen ähnlichen oder identischen Aufbau wie das erste elektrische Modul 30 aufweisen. So kann beispielsweise das zweite elektrische Modul 100 eine weitere Leiterplatte 120 aufweisen. Die Wärmeleiteinrichtung 35 ist zwischen dem ersten elektrischen Modul 30 und dem zweiten elektrischen Modul 100 beispielsweise bereichsweise unterbrochen. Dabei kann zwischen das erste elektrische Modul 30 und das zweite elektrische Modul 100 die Schaumummantelung 25 in z-Richtung nach innen ragen. Dadurch läuft die erste Ummantelungsschicht 60 und die zweite Ummantelungsschicht 95 zwischen den elektrischen Modulen 30, 100 aufeinander zu. Dabei kann ein dritter Spalt 170 in z-Richtung zwischen einer ersten Ausbeulung 175 der ersten Ummantelungsschicht 60 und einer zweiten Ausbeulung 180 der zweiten Ummantelungsschicht 95 vorgesehen sein. Der dritte Spalt 170 hat den Vorteil, dass Luftzirkulation in dem Gehäuseinnenraum zwischen dem ersten elektrischen und dem zweiten elektrischen Modul 30, 100 möglich ist. Dadurch kann eine Kondensatbildung vermieden werden.The second
In
Der erste Abschnitt 85 der in
Der dritte Abschnitt 101 ist beispielhaft rechteckförmig ausgebildet und erstreckt sich beispielhaft x-Richtung über die gesamte Erstreckung der Wärmeleiteinrichtung 35.The
Der zweiten Abschnitt 90 der in
Im Folgenden wird auf die
In montiertem Zustand liegt der dritte Abschnitt 101 an dem Kühlkörper 20 an. Das erste elektrische Modul 30 ist in z-Richtung zwischen dem ersten Teilbereich 181 und dem dritten Teilbereich 185 angeordnet, sodass die erste und/oder zweite Wärmequelle 65, 75 thermisch mit dem ersten und dritten Teilbereich 181, 185 verbunden ist. Das zweite elektrische Modul 100 ist zwischen dem zweiten Teilbereich 182 und dem vierten Teilbereich 186 angeordnet. Dabei ist dritte Wärmequelle 105 thermisch mit dem zweiten und/oder vierten Teilbereich 182, 186 verbunden.In the mounted state, the
Durch die erste Unterbrechung 183 ragt die erste Ausbeulung 175 der ersten Ummantelungsschicht 60 nach innen hin in z-Richtung in Richtung der zweiten Ummantelungsschicht 95. Durch die zweite Unterbrechung 187 ragt die zweite Ausbeulung 180 der zweiten Ummantelungsschicht 95 in Richtung der ersten Ummantelungsschicht 60.Through the
Die Anordnung des ersten elektrischen Moduls 30 und des zweiten elektrischen Moduls 100 an der Wärmeleiteinrichtungen 35 hat den Vorteil, dass das elektrische System 10 besonders einfach und kostengünstig ausgebildet sein kann und ein Materialbedarf für die Wärmeleiteinrichtung 35 besonders gering ist.The arrangement of the first
Im Betrieb erwärmt sich das erste Modul 30 und/oder das zweite elektrische Modul 100. Ist nur eines der beiden elektrischen Module 30, 100 aktiviert, erwärmt sich nur eines der beiden elektrischen Module 30, 100. Dabei ist das Ziel, das jeweils andere elektrische Modul 30, 100 möglichst wenig zu erwärmen und möglichst viel Wärme Q1, Q2 an den Kühlkörper 20 abzuführen.During operation, the
Im Folgenden wird beispielsweise davon ausgegangen, dass das erste elektrische Modul 30 aktiviert und das zweite elektrische Modul 100 deaktiviert ist. Das erste elektrische Modul 30 erzeugt die erste Wärme Q1. Die erste Wärme Q1 wird vom ersten Teilbereich 181 und dem dritten Teilbereich 185 an den dritten Abschnitt 101 übertragen. Der dritten Abschnitt 101 überträgt einen Großteil der ersten Wärme Q1 an den Kühlkörper 20. Auf Grund der Wärmeleitfähigkeit des dritten Abschnitts 101 kann ein kleiner vierter Teil der ersten Wärme Q1 an den zweiten Teilbereich 182 und den vierten Teilbereich 186 übertragen werden, von wo aus der vierte Teil an das zweite elektrische Modul 100 übertragen wird und das zweite elektrische Modul 100 erwärmt. Auf Grund eines durch die Unterbrechung 183, 187 verlängerten Wärmeübertragungswegs 198 gegenüber den
Die in
Gegenüber der in
Bezugszeichenlistereference list
- 1010
- elektrisches Systemelectrical system
- 1515
- GehäuseHousing
- 2020
- Kühlkörperheatsink
- 2525
- Schaumummantelungfoam jacket
- 3030
- erstes elektrisches Modulfirst electrical module
- 3535
- Wärmeleiteinrichtungheat conduction device
- 4040
- erstes Gehäuseteilfirst housing part
- 4545
- zweites Gehäuseteilsecond housing part
- 5050
- Gehäusebodencaseback
- 5151
- Gehäuseinnenraumhousing interior
- 5555
- erste Innenseitefirst inside
- 6060
- erste Ummantelungsschichtfirst layer of coating
- 6565
- erste Wärmequellefirst heat source
- 7070
- Leiterplattecircuit board
- 7575
- zweite Wärmequellesecond heat source
- 8585
- erster Abschnitt der Wärmeleiteinrichtungfirst section of the heat conducting device
- 9090
- zweiter Abschnitt der Wärmeleiteinrichtungsecond section of the heat conducting device
- 9595
- zweite Ummantelungsschichtsecond layer of coating
- 100100
- zweites elektrisches Modulsecond electrical module
- 101101
- dritter Abschnitt der Wärmeleiteinrichtungthird section of the heat conducting device
- 104104
- zweite Innenseite des Kühlkörperssecond inside of the heatsink
- 105105
- dritte Wärmequellethird heat source
- 110110
- Kühlrippecooling fin
- 115115
- Umgebungvicinity
- 120120
- weitere Leiterplatteanother circuit board
- 125125
- Abstandshalterspacers
- 126126
- erstes freies Ende der Wärmeleiteinrichtungfirst free end of the heat conducting device
- 130130
- erster Spaltfirst crack
- 135135
- erste Klebschichtfirst layer of glue
- 140140
- zweite Klebschichtsecond adhesive layer
- 145145
- dritte Klebeschichtthird adhesive layer
- 150150
- zweites freies Ende der Wärmeleiteinrichtungsecond free end of the heat conducting device
- 155155
- zweiter Spaltsecond gap
- 160160
- Gehäuseöffnungcase opening
- 165165
- Gehäuseinnenseitecase inside
- 170170
- dritter Spaltthird column
- 175175
- erste Ausbeulungfirst bulge
- 180180
- zweite Ausbeulungsecond bulge
- 181181
- erster Teilbereichfirst section
- 182182
- zweiter Teilbereichsecond section
- 183183
- erste Unterbrechungfirst break
- 185185
- dritte Teilbereichthird section
- 186186
- vierte Teilbereichfourth section
- 187187
- zweite Unterbrechungsecond break
- 198198
- Wärmeübertragungspfadheat transfer path
- 205205
- erster Verfahrensschrittfirst step in the process
- 210210
- zweiter Verfahrensschrittsecond process step
- 215215
- dritter Verfahrensschrittthird step
- 220220
- vierter Verfahrensschrittfourth step
- 225225
- fünfter Verfahrensschrittfifth step
- 230230
- sechster Verfahrensschrittsixth step
- 235235
- siebter Verfahrensschrittseventh step
- 240240
- achter Verfahrensschritt eighth step
- Q1Q1
- erste Wärmefirst heat
- Q2Q2
- zweite Wärmesecond heat
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 60116578 T2 [0002]DE 60116578 T2 [0002]
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PCT/EP2022/060722 WO2022223795A1 (en) | 2021-04-22 | 2022-04-22 | Electrical system and method for producing the electrical system |
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