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Die Erfindung betrifft eine Wärmeableitvorrichtung, insbesondere für eine Steuergeräteanordnung in einem Fahrzeug. Zudem betrifft die Erfindung eine Steuergeräteanordnung, insbesondere für Fahrzeug, mit einer solchen Wärmeableitvorrichtung.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Entwärmungstechnologien bekannt, um elektrische Baugruppen, wie beispielsweise Steuergeräte, Leistungsendstufen usw., oder einzelne elektrische Bauteile, wie beispielsweise Leistungshalbleiter, Mikrocontroller usw., in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu betreiben. Hierbei hat die thermische Anbindung der Komponenten als Wärmequellen an eine Wärmesenke, wie beispielsweise eine Kühlvorrichtung, einen hohen Einfluss. Bei einer in 7 dargestellten Steuergeräteanordnung 100 mit einem Steuergerät 3, welches ein Gehäuse 4 und mindestens eine innerhalb des Gehäuses 4 angeordnete Wärmequelle 7, wie beispielsweise eine auf einer Leiterplatte 6 angeordnete elektrische Baugruppe 7A, umfasst, und mit einer als Kühlvorrichtung 9A ausgeführten Wärmesenke 9, ist das Steuergerät 3 lösbar mit der Kühlvorrichtung 9A verbunden. Hierbei ist die mindestens eine Wärmequelle 7 über eine erste thermische Schnittstelle 8 thermisch mit dem Gehäuse 4 des Steuergeräts 3 gekoppelt. Die erste thermische Schnittstelle 8 kann beispielsweise aus Wärmeleitmaterialen 8A bestehen, die auch als thermische Interfacematerialien (TIM) bezeichnet werden. So kann beispielsweise ein so genannter Gap-Filler, welcher vorzugsweise aus einem thermisch leitenden Elastomer besteht, als TIM 8A zwischen der Wärmequelle 7 und einem am Boden 4 des Gehäuses 4 ausgebildeten Wärmeableitdom 5.1 angeordnet werden und die erste thermische Schnittstelle 8 ausbilden. Da weder eine scheinbar plane Oberfläche der Kühlvorrichtung 9A noch ein hier der Kühlvorrichtung 9A zugewandter Boden 5 des Gehäuses 4 des Steuergerätes exakt eben sind, ergibt sich bei der Montage des Steuergeräts 3 auf der Kühlvorrichtung 9A, abgesehen von den wenigen Auflagepunkten an den korrespondierenden Befestigungsbereichen, ein Luftspalt LS, der eine gute Entwärmung aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit verhindert. Wie aus 7 ersichtlich ist, verteilt sich ein Wärmeableitpfad WAP der von der mindestens einen Wärmequelle 7 erzeugten Wärme auf einen ersten Wärmeableitpfad WAP1, welcher einen Teil der von der Wärmequelle erzeugten Wärme über den Boden 5 des Gehäuses 4 des Steuergeräts 3 und die Befestigungsbereiche zur Kühlvorrichtung 9A ableitet. Ein zweiter Wärmeableitpfad WAP2 leitet einen Teil der von der mindestens einen Wärmequelle 7 erzeugten Wärme als Strahlungswärme und als Wärmeleitung über Luftmoleküle über den Luftspalt LS in die Kühlvorrichtung 9A ab. Aus dem Stand er Technik ist es bekannt, zur Überbrückung des Luftspalts LS Wärmeleitmaterialen, wie beispielsweise Wärmleitpasten oder Gap-Filler zu verwenden, um auch zwischen dem Steuergerät 3 und der Kühlvorrichtung 9A eine bessere Wärmeleitfähigkeit zu erzielen. Eine solche Lösung verhindert aber einen einfachen Austausch des Steuergeräts 3, da bei der Demontage des Steuergeräts 3 Rückstände des verwendeten Wärmeleitmaterials auf der Kühlvorrichtung 9A verbleiben, welche erst durch Reinigungsprozesse aufwändig entfernt werden müssen. Außerdem müssen bei der Montage des Austauschsteuergeräts entsprechende Wärmeleitmaterialen vorgehalten und eine anspruchsvolle und schwer zu überprüfende blasenfreie Aufbringung umgesetzt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Wärmeableitvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und die Steuergeräteanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11 haben jeweils den Vorteil, dass Unebenheiten zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke ausgeglichen werden können. Hierbei passen sich Mosaiksegmente aufgrund des kompressiblen thermisch leitenden elastischen Ausgleichselements den Oberflächenunebenheiten an. Damit können auch unebene gefügte Oberflächen großflächig Kontakt bekommen und somit einen guten Wärmeübertrag aufweisen. Des Weiteren kann sich eine hohe Robustheit gegenüber Verschmutzung ergeben, da einzelne Schmutzpartikel im Luftspalt nur das Anliegen einzelner Mosaiksegmente verhindern können. Damit ist weiterhin ein guter Wärmeübertrag aller anderer Mosaiksegmente gewährleistet. Zwischenräume der Mosaiksegmente können als „Volumenpuffer“ dienen. Im Falle von Partikeln oder lokalen Unebenheiten können diese Räume beispielsweise als Volumenausgleich für ein Klebermedium dienen, welches die Mosaiksegmente im korrespondierenden Aufnahmeraum hält. Durch den verbesserten Wärmeübertrag kann die Lebensdauer der elektrischen Bauelemente als Wärmequellen verlängert werden. Zudem können günstigere Werkstoffe mit schlechteren Wärmeleiteigenschaften für das Gehäuse verwendet werden. Des Weiteren können aufgrund erweiterter Toleranzfelder günstigere Herstellverfahren eingesetzt werden. Durch die thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereiche der einzelnen Mosaiksegmente können diese einfach wieder von der korrespondierenden Oberfläche der Wärmesenke oder der Wärmequelle abgehoben werden.
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Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung erlauben es, Unebenheitstoleranzen zu einer Kühlfläche auszugleichen und einen guten Wärmeübertrag auch bei Unebenheiten der Oberflächen und bei Partikeln zwischen den Oberflächen aufzunehmen, ohne dass ein bleibender Luftspalt zwischen der Wärmequelle und der Kühlvorrichtung entsteht.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Wärmeableitvorrichtung, insbesondere für eine Steuergeräteanordnung in einem Fahrzeug, mit einem an mindestens einer Seite offenen Aufnahmeraum und mindestens einem in dem Aufnahmeraum angeordneten Mosaiksegment zur Verfügung, welches ein thermisch leitendes und elastisches Ausgleichselement und einen thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich umfasst. Das mindestens eine Mosaiksegment ist so in dem Aufnahmeraum angeordnet, dass das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement des mindestens einen Mosaiksegments an einer inneren Oberfläche eines Bodens des Aufnahmeraums anliegt und zumindest der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich des mindestens einen Mosaiksegments an einer offenen Seite des Aufnahmeraums, welche dem Boden gegenüberliegt, teilweise aus dem Aufnahmeraum übersteht. Hierbei bildet eine äußere Oberfläche des Bodens des Aufnahmeraums eine feste erste Kontaktfläche für eine Wärmequelle oder für eine Wärmesenke aus, und der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich des mindestens einen Mosaiksegments bildet eine flexible zweite Kontaktfläche für die Wärmesenke oder für die Wärmequelle aus.
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Zudem wird eine Steuergeräteanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Steuergerät, welches ein Gehäuse und mindestens eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Wärmequelle umfasst, und mit einer als Kühlvorrichtung ausgeführten Wärmesenke vorgeschlagen. Das Steuergerät ist lösbar mit der Kühlvorrichtung verbunden, wobei die mindestens eine Wärmequelle über eine erste thermische Schnittstelle thermisch mit dem Gehäuse des Steuergeräts gekoppelt ist. Zwischen dem Steuergerät und der Kühlvorrichtung ist mindestens eine erfindungsgemäße Wärmeableitvorrichtung angeordnet, welche eine zweite thermische Schnittstelle zwischen dem Gehäuse und der Kühlvorrichtung ausbildet und von der mindestens einen Wärmequelle erzeugte Wärme an die Kühlvorrichtung ableitet. Hierbei erfolgt eine direkte Wärmeableitung der von der mindestens einen Wärmequelle erzeugten Wärme über die erste thermische Schnittstelle, über das Gehäuse des Steuergeräts und über das die zweite thermische Schnittstelle ausbildende mindestens eine Mosaiksegment in die Kühlvorrichtung.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Wärmeableitvorrichtung und der im unabhängigen Patentanspruch 11 angegebenen Steuergeräteanordnung möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass das mindestens eine Mosaiksegment unlösbar mit der inneren Oberfläche des Aufnahmeraums verbunden ist. Das mindestens eine Mosaiksegment kann beispielsweise durch Kleben, Schweißen, Löten, Klemmen, Nieten mit der inneren Oberfläche des Aufnahmeraums verbunden werden.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Wärmeableitvorrichtung kann das mindestens eine Mosaiksegment mehrteilig ausgeführt sein. Hierbei kann das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement des mindestens einen Mosaiksegments vorzugsweise als Gap-Filler mit einer Dicke von beispielsweise 1 bis 5 mm ausgeführt sein. Der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich des mindestens einen Mosaiksegments kann vorzugsweise als Metallplättchen ausgeführt sein, welches mit dem Gap-Filler verklebt sein kann. Die Metallplättchen der Mosaiksegmente können beispielweise als Stanz- oder Laserschneidteile hergestellt werden und beispielsweise eine Kantenlänge zwischen 5 und 20mm und eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 1,5mm aufweisen. Daher ergibt sich eine hohe geometrische Freiheit, so dass die Metallplättchen in Geometrie und Materialauswahl und Flächenanteil der einzelnen Mosaiksegmente an einer gesamten Kühlfläche einfach an die Anforderungen angepasst werden können. Die Metallplättchen können beispielsweise aus Aluminium, Kupfer, Stahl oder einem anderen geeigneten Metall gefertigt werden. Da der Gap-Filler von den einzelnen Metallplättchen weitgehend abgedeckt wird und kein Adhäsionsaufbau zwischen Metallen entsteht, kann der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich leicht von einer metallischen Oberfläche einer Kühlvorrichtung oder eines Steuergerätegehäuses entfernt werden. So kann beispielsweise für mehrere Metallplättchen ein Gap-Filler großflächig mit der inneren Oberfläche des Aufnahmeraums verklebt werden. Anschließend können die einzelnen Metallplättchen der Mosaiksegmente mit dem aufgebrachten Gap-Filler verklebt werden. Das bedeutet, dass mehrere Mosaiksegmente ein gemeinsames thermisch leitendes und elastisches Ausgleichselement aufweisen können.
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In alternativer Ausgestaltung der Wärmeableitvorrichtung kann das mindestens eine Mosaiksegment einteilig ausgeführt sein. So kann das mindestens eine Mosaiksegment mindestens ein Federelement umfassen, welches das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement ausbildet. Hierbei kann ein Federende des mindestens einen Federelements den thermisch leitenden adhäsionsarme Kontaktbereich ausbilden. Das mindestens eine Federelement kann beispielsweise aus Kupfer, Stahl oder einem anderen geeigneten Metall gefertigt werden und mit der inneren Oberfläche des Aufnahmeraums verschweißt oder vernietet sein. Da zwischen dem mindestens einen Federelement und der metallischen Oberfläche der Kühlvorrichtung oder des Steuergerätegehäuses kein Adhäsionsaufbau entsteht, kann der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich leicht wieder von der korrespondierenden Oberfläche entfernt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Wärmeableitvorrichtung kann das mindestens eine Mosaiksegment als Metallschaumteil ausgeführt sein, welches das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement ausbildet. Hierbei kann eine dem Boden des Aufnahmeraums abgewandte Auflagefläche des Metallschaumteils den thermisch leitenden adhäsionsarme Kontaktbereich ausbilden. Das Metallschaumteil kann beispielsweise aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Metall gefertigt werden und mit der inneren Oberfläche des Aufnahmeraums verklebt, verschweißt, verlötet oder verklemmt sein. Alternativ kann das mindestens eine Mosaiksegment als Metallwolleteil ausgeführt sein, welches das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement ausbildet. Hierbei kann eine dem Boden des Aufnahmeraums abgewandte Auflagefläche des Metallwolleteils den thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich ausbilden. Das Metallwolleteil kann beispielsweise aus Kupfer, Stahl oder einem anderen geeigneten Metall gefertigt werden und mit der inneren Oberfläche des Aufnahmeraums verklebt, verschweißt oder verlötet sein. Da zwischen dem Metallschaumteil bzw. dem Metallwolleteil und der metallischen Oberfläche der Kühlvorrichtung oder des Steuergerätegehäuses kein Adhäsionsaufbau entsteht, kann der korrespondierende thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich leicht wieder von der korrespondierenden Oberfläche entfernt werden.
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In weiterer alternativer Ausgestaltung der Wärmeableitvorrichtung kann das mindestens eine Mosaiksegment als Metalllamellenstruktur ausgeführt sein, welche auch als „Skived Fins“ bezeichnet wird und mehrere von einer Grundplatte abstehende Lamellen umfasst, welche das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement ausbilden. Hierbei kann die Grundplatte an der inneren Oberfläche des Bodens des Aufnahmeraums anliegen und die der Grundplatte abgewandten Ränder der Lamellen können den thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich ausbilden. Als weiter Alternative kann das mindestens eine Mosaiksegment als Metallnoppenfolie ausgeführt sein, welche mehrere von einer Grundfläche abstehende Noppen umfassen kann, welche das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement ausbilden. Hierbei kann die Grundfläche der Metallnoppenfolie an der inneren Oberfläche des Bodens des Aufnahmeraums anliegen und mit dieser verklebt oder verschweißt sein. Die von der Grundplatte abgewandten Noppen können den thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich ausbilden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Steuergeräteanordnung kann die mindestens eine Wärmeableitvorrichtung eine Mehrzahl von Mosaiksegmenten aufweist und großflächig am Gehäuse des Steuergeräts oder an der Kühlvorrichtung ausgebildet sein. Dadurch kann beispielsweise eine metallische Grundfläche eines Leistungsmoduls thermisch großflächig an die korrespondierende Oberfläche der Kühlvorrichtung angebunden werden. Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise eine Metallplatte mit Wasserkühlung aufweisen. Alternativ können mehrere Wärmeableitvorrichtungen partiell verteilt am Gehäuse des Steuergeräts oder an der Kühlvorrichtung ausgebildet sein. Dadurch können an so genannten „Hotspots“ angeordnete elektrische Baugruppen als Wärmquellen gezielt gekühlt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Steuergeräteanordnung kann der Aufnahmeraum der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung in einer Vertiefung im Bereich der ersten thermischen Schnittstelle des Gehäuses des Steuergeräts ausgebildet sein. Alternativ kann der Aufnahmeraum der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung in einer Vertiefung in einer dem Steuergerät zugewandten Oberfläche der Kühlvorrichtung ausgebildet sein, welche im montierten Zustand der Steuergeräteanordnung im Bereich der ersten thermischen Schnittstelle am Gehäuses des Steuergeräts angeordnet ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuergeräteanordnung, insbesondere in einem Fahrzeug, mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung.
- 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuergeräteanordnung, insbesondere in einem Fahrzeug, mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung.
- 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuergeräteanordnung, insbesondere in einem Fahrzeug, mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung.
- 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuergeräteanordnung, insbesondere in einem Fahrzeug, mit einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung.
- 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Bodens eines Gehäuses eines Steuergeräts für eine erfindungsgemäße Steuergeräteanordnung.
- 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuergeräteanordnung, insbesondere in einem Fahrzeug, mit einem fünften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung und dem Steuergerät aus 5.
- 7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Steuergeräteanordnung, insbesondere in einem Fahrzeug, ohne erfindungsgemäße Wärmeableitvorrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 bis 6 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Steuergeräteanordnungen 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, insbesondere für ein Fahrzeug, jeweils ein Steuergerät 3, 3A, 3B, welches ein Gehäuse 4 und mindestens eine innerhalb des Gehäuses 4 angeordnete Wärmequelle 7 umfasst, und eine als Kühlvorrichtung 9A ausgeführte Wärmesenke 9. Das Steuergerät 3, 3A, 3B ist lösbar mit der Kühlvorrichtung 9A verbunden. Die mindestens eine Wärmequelle 7 ist über eine erste thermische Schnittstelle 8 thermisch mit dem Gehäuse 4 des Steuergeräts 3 gekoppelt. Zudem ist zwischen dem Steuergerät 3, 3A, 3B und der Kühlvorrichtung 9A mindestens eine erfindungsgemäße Wärmeableitvorrichtung 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E angeordnet ist, welche eine zweite thermische Schnittstelle 12 zwischen dem Gehäuse 4 und der Kühlvorrichtung 9A ausbildet und von der mindestens einen Wärmequelle 7 erzeugte Wärme an die Kühlvorrichtung 9A ableitet. Hierbei erfolgt über die mindestens eine Wärmeableitvorrichtung 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E eine direkte Wärmeableitung der von der mindestens einen Wärmequelle 7 erzeugten Wärme über die erste thermische Schnittstelle 8, über das Gehäuse 4 des Steuergeräts 3 und über das die zweite thermische Schnittstelle 12 in die Kühlvorrichtung 9A.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen umfasst die Kühlvorrichtung 9A eine Metallplatte mit mehreren nicht dargestellten Kanälen, durch welche Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlmittel geleitet wird, um die von der mindestens einen Wärmequelle 7 erzeugten Wärme abzuführen.
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Wie aus 1 bis 6 weiter ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E jeweils einen an mindestens einer Seite offenen Aufnahmeraum 11, 11A, 11B, 11C und mindestens ein in dem Aufnahmeraum 11, 11A, 11B, 11C angeordnetes Mosaiksegment 14, 14A, 14B, 14C, 14D, welches ein thermisch leitendes und elastisches Ausgleichselement 16 und einen thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich 18 umfasst. Das mindestens eine Mosaiksegment 14, 14A, 14B, 14C, 14D ist so in dem Aufnahmeraum 11, 11A, 11B, 11C angeordnet, dass das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement 16 des mindestens einen Mosaiksegments 14, 14A, 14B, 14C, 14D an einer inneren Oberfläche eines Bodens 11.1 des Aufnahmeraums 11, 11A, 11B, 11C anliegt und zumindest der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich 18 des mindestens einen Mosaiksegments 14, 14A, 14B, 14C, 14D an einer offenen Seite des Aufnahmeraums 11, 11A, 11B, 11C, welche dem Boden 11.1 gegenüberliegt, teilweise aus dem Aufnahmeraum 11, 11A, 11B, 11C übersteht. Hierbei bildet eine äußere Oberfläche des Bodens 11.1 des Aufnahmeraums 11, 11A, 11B, 11C eine feste erste Kontaktfläche für eine Wärmequelle 7 oder für eine Wärmesenke 9 aus, und der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich 18 des mindestens einen Mosaiksegments 14, 14A, 14B, 14C, 14D bildet eine flexible zweite Kontaktfläche für die Wärmesenke 9 oder für die Wärmequelle 7 aus.
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Wie aus 1 bis 6 weiter ersichtlich ist, bildet eine auf einer Leiterplatte 6 angeordnete elektrische Baugruppe 7A, 7B, 7C, welche beispielsweise als Leistungshalbleiter, Mikrocontroller ausgeführt ist, die mindestens eine Wärmequelle 7 aus. Hierbei ist die mindestens eine Wärmequelle 7 über eine erste thermische Schnittstelle 8 thermisch mit dem Gehäuse 4 des Steuergeräts 3 gekoppelt. Die erste thermische Schnittstelle 8 kann beispielsweise aus Wärmeleitmaterialen 8A bestehen, die auch als thermische Interfacematerialien (TIM) bezeichnet werden. So ist in den dargestellten Ausführungsbeispiel beispielshaft ein so genannter Gap-Filler, welcher vorzugsweise aus einem thermisch leitenden Elastomer besteht, als TIM 8A zwischen der Wärmequelle 7 und einer am Boden 4 des Gehäuses 4 ausgebildeten Vertiefung 5.2 angeordnet und bildet die erste thermische Schnittstelle 8 aus. Hierbei ist der Aufnahmeraum 11, 11A, 11B, 11C der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils in dieser Vertiefung 5.2 im Boden 5 des Gehäuses 4 des jeweiligen Steuergeräts 3, 3A, 3B.
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Bei alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der Steuergeräteanordnungen 1 ist der Aufnahmeraum 11 der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung 10 in einer Vertiefung ausgebildet, welche in einer dem Steuergerät 3 zugewandten Oberfläche der Kühlvorrichtung 9A ausgebildet ist. Hierbei ist die Vertiefung so an der Kühlvorrichtung 9A platziert, dass diese im montierten Zustand der Steuergeräteanordnung 1 im Bereich der ersten thermischen Schnittstelle 8 am Gehäuses 4 des Steuergeräts 3 angeordnet ist.
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Wie aus 1 bis 4 und 6 weiter ersichtlich ist, verteilt sich ein Wärmeableitpfad WAP der von der mindestens einen Wärmequelle 7 erzeugten Wärme auf einen ersten Wärmeableitpfad WAP1, welcher einen Teil der von der mindestens einen Wärmequelle 7 erzeugten Wärme über den Boden 5 des Gehäuses 4 des Steuergeräts 3, 3A, 3B und die Befestigungsbereiche zur Kühlvorrichtung 9A ableitet. Ein zweiter Wärmeableitpfad WAP2 leitet einen Teil der von der mindestens einen Wärmequelle 7 erzeugte Wärme als Strahlungswärme und als Wärmeleitung über Luftmoleküle über den Luftspalt LS in die Kühlvorrichtung 9A ab. Die Wärmeableitvorrichtung 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E bildet einen dritten Wärmeableitpfad WAP3 aus, welcher einen Teil der von der mindestens einen Wärmequelle 7 erzeugten Wärme direkt in die Kühlvorrichtung 9A ableitet. In den dargestellten Ausführungsbeispielen überbrücken die verschiedenen Ausführungsformen der Wärmeableitvorrichtung 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E den Luftspalt LS zwischen dem Steuergerät 3, 3A, 3B und der Kühlvorrichtung 9A, um eine bessere Wärmeleitfähigkeit zu erzielen. Hierbei hinterlassen die Wärmeableitvorrichtungen 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E bei der Demontage des Steuergeräts 3, 3A, 3B keine Rückstände auf der Kühlvorrichtung 9A, welche erst durch Reinigungsprozesse aufwändig entfernt werden müssen. Zudem müssen bei der Montage des Austauschsteuergeräts keine Wärmeleitmaterialen vorgehalten werden.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die einzelnen Mosaiksegment 14, 14A, 14B, 14C, 14D durch eine thermisch leitende Klebeverbindung unlösbar mit der inneren Oberfläche des jeweiligen Aufnahmeraums 11, 11A, 11B, 11C verbunden. Das bedeutet, dass die thermisch leitenden und elastischen Ausgleichselemente 16 mit dem jeweiligen Aufnahmeraum 11, 11A, 11B, 11C verklebt sind. Selbstverständlich können auch andere geeignete Verbindungstechniken eingesetzt werden, um die einzelnen Mosaiksegment 14, 14A, 14B, 14C, 14D unlösbar mit der inneren Oberfläche des jeweiligen Aufnahmeraums 11, 11A, 11B, 11C zu verbinden.
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Wie aus 1 und 6 weiter ersichtlich ist, ist das mindestens eine Mosaiksegment 14A in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Steuergeräteanordnungen 1A, 1E mehrteilig ausgeführt. Hierbei weist die in 1 dargestellte Wärmeableitvorrichtung 10A nur ein einziges Mosaiksegment 14A auf, und die in 6 dargestellte Wärmeableitvorrichtung 10E weist mehrere nebeneinander angeordnete Mosaiksegmente 14A auf. Das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement 16 der dargestellten Mosaiksegmente 14A ist jeweils als Gap-Filter 16A ausgeführt. Der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich 18 der dargestellten Mosaiksegmente 14A ist als Metallplättchen 18A ausgeführt, welches mit dem Gap-Filler 16A verklebt ist.
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Wie aus 2 bis 4 weiter ersichtlich ist, ist das mindestens eine Mosaiksegment 14B, 14C, 14D in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Steuergeräteanordnungen 1B, 1C, 1D einteilig ausgeführt. Hierbei weisen die in 2 bis 4 dargestellten Wärmeableitvorrichtungen 10B, 10C, 10D jeweils nur ein einziges Mosaiksegment 14B, 14C, 14D auf.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Mosaiksegment 14B mehrere Federelemente 16B, welches das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement 16 ausbilden. Hierbei bilden abgeflachte Federenden 18B der beiden Federelemente 16B den thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich 18 aus.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, ist das dargestellte Mosaiksegment 14C als komprimierbares elastisches Metallschaumteil 16C ausgeführt, welches das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement 16 ausbildet. Hierbei bildet eine dem Boden 11 des Aufnahmeraums 11 abgewandte Auflagefläche 18C des Metallschaumteils 16C den thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich 18 aus.
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Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, ist das dargestellte Mosaiksegment 14D als komprimierbares elastisches Metallwolleteil 16D ausgeführt, welches das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement 16 ausbildet. Hierbei bildet eine dem Boden 11.1 des Aufnahmeraums 11 abgewandte Auflagefläche 18C des Metallwolleteils 16D den thermisch leitenden Kontaktbereich 18 aus.
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Bei einem nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel der Wärmeableitvorrichtung 10 ist das mindestens eine Mosaiksegment 14 als Lamellenstruktur ausgeführt, welches mehrere von einer Grundplatte abstehende Lamellen umfasst, welche das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement 16 ausbilden. Hierbei liegt die Grundplatte an der inneren Oberfläche des Bodens 11 des Aufnahmeraums 11 an und ist vorzugsweise über eine thermisch leitende Klebeverbindung mit dem Boden 11.1 des Aufnahmeraums 11 verklebt. Die der Grundplatte abgewandten Ränder der Lamellen bilden den thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich 18 aus. Bei einem weiteren nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel der Wärmeableitvorrichtung 10 ist das mindestens eine Mosaiksegment 14 als Metallnoppenfolie ausgeführt, welches mehrere von einer Grundfläche abstehende Noppen umfasst, welche das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement 16 ausbilden. Hierbei liegt die Grundfläche der Metallnoppenfolie an der inneren Oberfläche des Bodens 11.1 des Aufnahmeraums 11 an und ist vorzugsweise über eine thermisch leitende Klebeverbindung mit dem Boden 11.1 des Aufnahmeraums 11 verklebt. Die der Grundplatte abgewandten Noppen bilden den thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich 18 aus.
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Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Wärmeableitvorrichtungen 10E, 10F am Boden 5 des Steuergeräts 3B partiell verteilt angeordnet. Hierbei umfasst eine erste Wärmeableitvorrichtung 10E zwölf Mosaiksegmente 14A, welche in einem ersten Aufnahmeraum 11B angeordnet sind und zur Ableitung der von einer ersten elektrischen Baugruppe 7B erzeugten Wärme verwendet werden. Eine zweite Wärmeableitvorrichtung 10F umfasst sechs Mosaiksegmente 14A, welcher in einem zweiten Aufnahmeraum 11C angeordnet sind und zur Ableitung der von einer zweiten elektrischen Baugruppe 7C erzeugten Wärme verwendet werden.
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Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wärmeableitvorrichtung 10 sein mit einer Mehrzahl von Mosaiksegmenten 14 großflächig ausgeführt. Hierbei verteilen sich die Mosaiksegmente 14 über den gesamten Boden 5 des Steuergeräts 3, so dass das Steuergerät 3 zur Wärmeableitung thermisch großflächig an die Kühlvorrichtung 9A angebunden ist.
