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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät, beispielsweise für ein Fahrzeug.
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Unter besonderen klimatischen Bedingungen kann Kondenswasser aus der Umgebungsluft an Flächen eines Objektes abscheiden. Kondenswasser kann beispielsweise bei zu kühlenden Elektroniken sehr hoher Verlustleistungen auftreten, da das Abführen der erzeugten Wärme nur mit Flüssigkeitskühlungen bei einer maximal zulässigen Umgebungstemperatur (Randbedingung) erreichbar sein kann. Die Kühlflüssigkeit kann zugleich das Risiko beinhalten, dass sie Temperaturen deutlich unterhalb der Umgebungsluft haben kann, beispielsweise kann die Kühlflüssigkeit auf eine Mindesttemperatur vorkonditioniert sein. Die Bedingungen für eine Kondenswasserbildung können somit begünstigt sein.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Steuergerät gemäß dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Mit dem hier vorgestellten Steuergerät können vorteilhafterweise im Steuergerät enthaltene elektronische Bauteile vor Kondenswasser geschützt werden.
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Es wird ein Steuergerät vorgestellt, das ein Gehäuse aufweist mit einer Gehäusewand, die einen Innenraum umschließt, sowie eine Schaltung, die eine Mehrzahl elektronischer Bauteile umfasst, wobei die Schaltung in dem Innenraum angeordnet ist. Zudem umfasst das Steuergerät einen Kühlkanal zum Führen von Kühlfluid, wobei der Kühlkanal entlang einer Außenseite der Gehäusewand verläuft, um einen Wärmeleitabschnitt der Gehäusewand zu kühlen, eine Kondenswasserabführeinrichtung zum Entfernen von sich in einem Kondensierabschnitt des Innenraums bildendem Kondenswasser aus dem Innenraum und eine im Innenraum angeordnete mikrostrukturierte Folie, die den Kondensierabschnitt mit der Kondenswasserabführeinrichtung verbindet. Dabei ist die mikrostrukturierte Folie ausgebildet, um das Kondenswasser mittels Kapillarkräften zu der Kondenswasserabführeinrichtung zu fördern.
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Bei dem Steuergerät kann es sich um ein im Fahrzeugbereich einsetzbares Steuergerät handeln. Beispielsweise kann das Steuergerät ausgebildet sein, um hohe Rechenleistungen und zusätzlich oder alternativ künstliche Intelligenz für automatisierte Fahrfunktionen eines Fahrzeugs bereitzustellen. Hierfür kann die Schaltung besonders leistungsstarke elektronische Bauteile umfassen, für die eine Kühlung mittels der Kühlflüssigkeit im Kühlkanal notwendig sein kann. Dabei können die elektronischen Bauteile zumindest teilweise entlang des Wärmeleitabschnitts angeordnet sein. Der Wärmeleitabschnitt kann auf einer dem Kühlkanal gegenüberliegenden Seite der Gehäusewand angeordnet sein und dem Verlauf des Kühlkanals entsprechen, wodurch im Wärmeleitabschnitt entstehende Wärme mittels des Kühlkanals optimal abgeleitet werden kann. Das Abführen der von den elektronischen Bauteilen erzeugten Wärme mit Flüssigkeitskühlung kann die Bedingungen für eine Kondenswasserbildung begünstigt, da zum Beispiel die Kühlflüssigkeit Temperaturen deutlich unterhalb der Umgebungsluft haben kann. Beispielsweise kann die Kühlflüssigkeit auf eine Mindesttemperatur vorkonditioniert sein. Entsprechend kann unter besonderen klimatischen Bedingungen Kondenswasser aus der Umgebungsluft an Flächen des Steuergeräts abgeschieden werden. Bei mehreren Temperatur-Wechseltests kann sich dieser Effekt erhöhen und es kann zu einer Ansammlung des Kondensats kommen. Um eine Schädigung der Schaltung durch solch auftretendes Kondensat zu vermeiden, umfasst das hier vorgestellte Steuergerät vorteilhafterweise eine Kondenswasserabführeinrichtung zum Abführen des Kondenswassers. Dabei kann beispielsweise eine Ansammlung von Kondenswasser im Kondensierabschnitt vermieden werden. Bei dem Kondensierabschnitt kann es sich um einen Abschnitt des durch den Kühlkanal gekühlten Wärmeleitabschnitts handeln, in dem zum Beispiel keine oder nur wenige elektronische Bauteile angeordnet sein können, wodurch die Temperatur im Kondensierabschnitt niedriger sein kann als in anderen Bereichen des Innenraums des Gehäuses, wodurch das Entstehen von Kondenswasser begünstigt sein kann. Zum Abführen des Kondenswassers aus dem Kondensierabschnitt umfasst das erfindungsgemäße Steuergerät eine mikrostrukturierte Folie, die den Kondensierabschnitt mit der Kondenswasserabführeinrichtung verbindet. Die Folie ist ausgebildet, um mittels Kapillarkräften das Kondenswasser in Richtung der Kondenswasserabführeinrichtung abzuleiten. Dadurch kann vorteilhafterweise der Umfang von im Steuergerät auftretendem Kondenswasser verhindert oder begrenzt und die Funktionstüchtigkeit des Steuergeräts kann erhöht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Kondenswasserabführeinrichtung eine Öffnung in der Gehäusewand des Gehäuses umfassen. Beispielsweise kann das Kondensat direkt über einen Schlitz der Gehäusewand in einen Bereich außerhalb des Steuergeräts abgeleitet werden, wenn kein hermetischer Aufbau des Steuergeräts vorgesehen ist. Im Querschnitt der mikrostrukturierten Folie können keine Partikel in das Steuergerät gelangen. Dieser Aufbau bietet den Vorteil, das Innere des Steuergeräts durchgehend kondenswasserfrei zu halten, wobei auf eine thermische Kontaktierung verzichtet werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Kondenswasserabführeinrichtung ein Metallelement zum Verdampfen des Kondenswassers umfassen, wobei das Metallelement thermisch mit einem der elektronischen Bauteile gekoppelt sein kann. Das Metallelement kann beispielsweise ein thermisch leitfähiges Material umfassen, um Wärme zu leiten. Dabei kann das elektronische Bauteil während des Betriebs des Steuergeräts als Wärmequelle beziehungsweise Heizvorrichtung fungieren, um das Kondenswasser verdunsten zu lassen. Über das Metallelement, das auch als Metallblech bezeichnet werden kann, kann ein Wärmetransport des wärmeerzeugenden Bausteins zu dem Bereich erfolgen, in dem das Kondensat verdunstet werden soll. Die mikrostrukturierte Folie kann das Kondenswasser in den Bereich des Metallblechs leiten. Der vorliegende Aufbau bringt den Vorteil einer verbesserten Kühlung der Komponente. Bei Verdunstung von Wasser kann dem Bauteil Energie entzogen werden und die Kühlleistung kann zunehmen.
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Das Metallelement kann zwischen dem Bauteil und der Gehäusewand angeordnet sein. Beispielsweise können das Metallelement und das elektronische Bauteil in einer sogenannten Stack-Anordnung zur Kühlkanalwand beziehungsweise zur Kühlstruktur angeordnet sein. Die Stack-Anordnung kann beispielsweise ein Thermal-Interface-Material umfassen, etwa eine Wärmeleitfolie, den wärmeerzeugenden Baustein und einen sogenannten Heat-Spreader, der zum Beispiel als stumpfe Pyramide ausgebildet sein kann. Vorteilhafterweise kann damit eine optimale Wärmeableitung von dem elektronischen Bauteil erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Metallelement das Bauteil mit dem Wärmeleitabschnitt der Gehäusewand verbinden. Das hat den Vorteil, dass nahezu die gesamte von dem Bauteil erzeugte Wärme in die Kondenswasserabführeinrichtung geleitet werden kann, um Kondenswasser verdunsten zu lassen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das elektronische Bauteil als Ein-Chip-System oder als ein Speicherbaustein oder als ein Mikrocontroler oder als Grafikbaustein ausgebildet sein. Beispielsweise kann etwa ein SoC (System-on-a-Chip) oder ein RAM-Baustein eingesetzt werden, um im Betrieb des Steuergeräts Wärme zu erzeugen. Vorteilhafterweise handelt es sich dabei um besonders leistungsstarke Bauteile, die eine entsprechend hohe Wärmequelle darstellen. Die Heizvorrichtung kann für die Verdunstung des Kondensats vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Kondenswasserabführeinrichtung ein Schwammelement umfassen, das ausgebildet sein kann, um zu der Kondenswasserabführeinrichtung gefördertes Kondenswasser aufzunehmen. Beispielsweise kann das Schwammelement, das auch als Saugschwamm bezeichnet werden kann, an dem Metallelement der Kondenswasserabführeinrichtung angeordnet sein und ausgebildet sein, um Kondenswasser zu konzentrieren und zusätzlich oder alternativ zu speichern. Ist das Kondenswasser mit der Kapillarkraft zum Überlappungsbereich der mikrostrukturierten Folie und dem Metallblech transportiert worden, kann der Saugschwamm vorteilhafterweise die Weiterleitung der Flüssigkeit zum elektronischen Bauteil verhindern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die mikrostrukturierte Folie kraftschlüssig und zusätzlich oder alternativ formschlüssig mit der Gehäusewand verbunden ist. Beispielsweise kann die flexible und dünne mikrostrukturierte Fläche kraft- und formschlüssig mit der unterseitigen Kühlkanalwand verbunden sein. Das hat den Vorteil, dass direkt an der Stelle Kondenswasser aufgenommen werden kann, an der es hauptsächlich abscheidet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die mikrostrukturierte Folie Kapillarkanäle aufweisen, die ausgebildet sein können, um Flüssigkeit in eine gewünschte Richtung zu leiten. Beispielsweise kann eine Hauptoberfläche der Folie eine Mikrostruktur aufweisen, die eine Mehrzahl von Kapillarkanälen umfasst, die zum Beispiel durch voneinander beabstandete Erhöhungen ausgeformt sein können. Das hat den Vorteil, dass die Folie auftretendes Kondenswasser optimal aufnehmen und leiten kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Schaltung ausgebildet sein, um elektronische Signale zu empfangen und in Echtzeit zu verarbeiten. Beispielsweise kann das Steuergerät eine hohe Rechenleistung und künstliche Intelligenz (KI) für automatisierte Fahrfunktionen ermöglichen. Hierfür kann zum Beispiel eine extrem leistungsfähige und skalierbare Plattform genutzt werden, um Signale beispielsweise von Kameras sowie LiDAR-, Radar- und Ultraschallsensoren zu verarbeiten. Das Steuergerät kann dabei in Echtzeit verstehen, was rund um das Fahrzeug geschieht und Erfahrungen durch sogenanntes Deep Learning sammeln. Vorteilhafterweise kann dadurch automatisierte und autonome Fahrfunktionen optimiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Kondensierabschnitt in einem von dem Kühlkanal überspannten Abschnitt des Innenraums angeordnet sein. Dabei kann der vom Kühlkanal überspannte Abschnitt des Innenraums dem Wärmeleitabschnitt entsprechen. Entlang des Kühlkanals ist ein Niederschlag von Kondenswasser wahrscheinlich, wobei vorteilhafterweise die mikrostrukturierte Folie das Kondenswasser direkt zu der Kondenswasserabführeinrichtung leiten kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Kühlkanal U-förmig ausgeformt sein, wobei der Kondensierabschnitt im Krümmungsbereich des Kühlkanals angeordnet sein kann. Die Abscheidung von Kondenswasser kann zum Beispiel bei dem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Steuergerät im Bereich des Kühlfluidumkehrs am Kühlkanal gegeben sein. Vorteilhafterweise kann das Steuergerät mit dem gekrümmten Kühlkanal besonders platzsparend ausgeformt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Kühlkanal durch eine von einem Deckel abgeschlossene Kühlkanalstruktur der Außenseite der Gehäusewand ausgeformt sein. Beispielsweise kann die Gehäusewand zum Beispiel in einem Spritzgussverfahren inklusive der Kühlkanalstruktur herstellbar sein und im Anschluss an den Herstellprozess mit dem Deckel fluiddicht verschlossen werden. Das hat den Vorteil, dass das Gehäuse kostensparend produziert werden kann.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Draufsichtsdarstellung eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine perspektivische Draufsichtsdarstellung eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematische Darstellung der Kondensatverteilung in einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiel eines Steuergeräts mit geöffnetem Gehäuse;
- 5 eine schematische Darstellung einer Kondenswasserabführeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 6 ein Diagramm von Kondenswasserbildung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine perspektivische Draufsichtsdarstellung eines Steuergeräts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Steuergerät 100 umfasst ein Gehäuse 105 mit einer Gehäusewand 110, die einen Innenraum umschließt. Im Innenraum des Steuergeräts 100 ist eine Schaltung mit einer Mehrzahl elektronischer Bauteile angeordnet, wobei in der hier dargestellten Außenansicht ausschließlich mehrere in diesem Ausführungsbeispiel seitlich am Gehäuse 105 angeordnete elektronische Schnittstellen 115 der Schaltung sichtbar sind. Die Schnittstellen 115 sind beispielhaft als Stecker oder Buchsen ausgeformt, über die elektrische Leitungen mit dem Steuergerät 100 verbunden werden können.
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Entlang einer Außenseite 120 der Gehäusewand 110 ist ein Kühlkanal 125 zum Führen von Kühlfluid angeordnet. Lediglich beispielhaft ist der Kühlkanal 125 in diesem Ausführungsbeispiel U-förmig und durch eine von einem Deckel 130 abgeschlossene Kühlkanalstruktur 135 der Außenseite 120 der Gehäusewand 110 ausgeformt. Dabei ist der Kühlkanal 125 ausgebildet, um einen Wärmeleitabschnitt der Gehäusewand 110 zu kühlen.
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Im Innenraum des Steuergeräts 100 ist eine Kondenswasserabführeinrichtung angeordnet, wie sie in den nachfolgenden 4 und 5 näher beschrieben wird. Die Kondenswasserabführeinrichtung ist ausgebildet, um sich in einem Kondensierabschnitt des Innenraums bildendes Kondenswasser aus dem Innenraum zu entfernen. Hierfür umfasst die Kondenswasserabführeinrichtung in diesem Ausführungsbeispiel eine Öffnung 140 in der Gehäusewand 110 des Gehäuses 105. Lediglich beispielhaft ist die Öffnung 140 mit einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Schlitzen ausgeformt. Somit ist in diesem Ausführungsbeispiel auf eine thermische Kontaktierung der Kondenswasserabführeinrichtung verzichtet und das Kondensat ist direkt über die Schlitze in der Gehäusewand 110 ableitbar. Entsprechend weist das Steuergerät 100 in diesem Ausführungsbeispiel keinen hermetischen Aufbau auf, sondern einen staubdichten Aufbau nach der Schutzart IP5K2. Das Steuergerät 100 ist ausgebildet, das Innere durchgehend kondenswasserfrei zu halten.
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2 zeigt eine perspektivische Draufsichtsdarstellung eines Steuergeräts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Steuergerät 100 entspricht oder ähnelt dem in der vorangegangenen Figur beschriebenen Steuergerät, mit dem Unterschied, dass das Steuergerät 100 mit einem nicht abgedeckten Kühlkanal 125 dargestellt ist. Der Kühlkanal 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel U-förmig ausgeformt und weist innerhalb der gerade ausgeformten Abschnitte jeweils eine Mehrzahl von Erhöhungen 200 auf. Beispielhaft sind die Erhöhungen 200 als Noppen ausgeformt. Die Erhöhungen 200 sind in diesem Ausführungsbeispiel gruppiert. Beispielsweise sind die einzelnen Gruppen gegenüberliegend zu besonders wärmeintensiven elektronischen Bauteilen der Schalung platziert. In einem Krümmungsbereich 205 des Kühlkanals 125, der auch als Bereich der Kühlfluidumkehr bezeichnet werden kann, sind keine Erhöhungen angeordnet. Der Krümmungsbereich 205 überspannt in diesem Ausführungsbeispiel einen Kondensierabschnitt des Innenraums das Steuergerät 100, in dem keine elektronischen Bauteile angeordnet sind, weshalb das Risiko von Kondenswasserbildung in diesem Abschnitt aufgrund des Temperaturgefälles erhöht ist.
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Der Boden des Kühlkanals 125 wird gemäß einem Ausführungsbeispiele von der Gehäusewand 110 ausgeformt. Seitenwände des Kühlkanals 125 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel durch entsprechende Ausformungen des Gehäuses 105 ausgeformt. Das Gehäuse 105 formt gemäß einem Ausführungsbeispiel in den Kühlkanal 125 mündende Anschlüsse 225 zum Einleiten und Ausleiten von Kühlfluid aus.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der Kondensatverteilung in einem Steuergerät 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Steuergerät 100 entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Steuergerät. In der hier gezeigten Darstellung ist die unterschiedliche Verteilung von Kondenswasser im Innenraum 300 des Steuergeräts 100 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind elektronische Bauteile 305 entlang eines U-förmig ausgeformten Kühlkanals, wie er in den vorangegangenen Figuren beschrieben wurde, angeordnet. Dabei weist ein Kondensierabschnitt 310, der vom Krümmungsbereich des Kühlkanals überspannt ist, keine elektronischen Bauteile 305 auf. Innerhalb des Kondensierabschnitts 310 ist in diesem Ausführungsbeispiel die höchste Konzentration von Kondenswasser. Kondenswasser scheidet unter besonderen klimatischen Bedingungen aus der Umgebungsluft an Flächen eines Objektes ab. Die Abscheidung von Kondenswasser ist bei dem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Steuergerät 100 im Bereich der Kühlfluidumkehr im Kühlkanal gegeben. Bei mehreren Temperatur-Wechseltests vergrößert sich der Effekt. Es kommt zur Anhäufung des Kondensats. Das stellt ein erhöhtes Risiko für die Funktionstüchtigkeit des Steuergeräts dar. Probleme mit Kondenswasser treten insbesondere bei zu kühlenden Elektroniken sehr hoher Verlustleistungen auf, da das Abführen der erzeugten Wärme nur mit Flüssigkeitskühlungen bei einer maximal zulässigen Umgebungstemperatur (Randbedingung) erreichbar ist. Die Kühlflüssigkeit beinhaltet zugleich das Risiko, dass sie Temperaturen deutlich unterhalb der Umgebungsluft haben kann. Die Kühlflüssigkeit kann beispielsweise auf eine Mindesttemperatur vorkonditioniert sein. Die Bedingungen für eine Kondenswasserbildung sind unter solchen Umständen begünstigt.
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Wie nachfolgend beschrieben, wird das Kondensat zur Vermeidung von Schäden innerhalb des Steuergeräts 100 unter Verwendung einer Kondenswasserabführeinrichtung abgeführt.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiel eines Steuergeräts 100 mit geöffnetem Gehäuse 105. Das Steuergerät 100 entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Steuergerät und umfasst ein Gehäuse 105 mit einer Gehäusewand 110, die einen Innenraum 300 umschließt. Im Innenraum 300 ist eine Schaltung 400 angeordnet, die eine Mehrzahl elektronischer Bauteile 305 umfasst. Die Schaltung 400 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um elektronische Signale zu empfangen und in Echtzeit zu verarbeiten.
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Wie in der vorangegangenen 1 beschrieben, verläuft entlang einer Außenseite der Gehäusewand 110 ein Kühlkanal 125 zum Führen von Kühlfluid, wobei der Kühlkanal 125 ausgebildet ist, um einen Wärmeleitabschnitt 405 der Gehäusewand 110 zu kühlen. Um die Bildung von Kondenswasser in einem Kondensierabschnitt 310 des Innenraums 300 zu verhindern oder alternativ zu begrenzen, umfasst das Steuergerät 100 eine Kondenswasserabführeinrichtung 410 zum Entfernen des Kondenswassers aus dem Innenraum 300.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Kondenswasserabführeinrichtung 410 ein Metallelement 415 zum Verdampfen des Kondenswassers, wobei das Metallelement 415 thermisch mit einem Bauteil 417 der elektronischen Bauteile 305 gekoppelt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das mit dem Metallelement 415 gekoppelte elektronische Bauteil 417 als ein Speicherbaustein ausgebildet, der auch als RAM-Baustein bezeichnet werden kann. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Bauteil 417 auch als Ein-Chip-System oder als ein Mikrocontroler oder als Grafikbaustein ausgebildet sein. Beispielsweise bedeckt ein Abschnitt des Metallelements 415 eine Oberseite eines Bauteilgehäuses des Bauteils 417, um die innerhalb des Bauteils 417 generierte Wärme optimal aufnehmen zu können. In einem Ausführungsbeispiel ist das Metallelement 415 zwischen dem Bauteil 417 und der Gehäusewand 110 angeordnet und verbindet das Bauteil 305 mit dem Wärmeleitabschnitt 405. Alternativ ist das Bauteil 417 zwischen dem Metallelement 415 und der Gehäusewand 110 angeordnet.
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An dem Metallelement 415 ist in einem Ausführungsbeispiel ein Schwammelement 420 angeordnet, der auch als Schwamm oder Saugschwamm bezeichnet werden kann. Das Schwammelement 420 ist beispielsweise an einem dem Bauteil 417 abgewandten Ende des Metallelements 415 angeordnet, sodass von dem Bauteil 417 abgegebene Wärme über das Metallelement 415 zu dem Schwammelement 420 geleitet werden kann. Das Schwammelement 420 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um zu der Kondenswasserabführeinrichtung 410 gefördertes Kondenswasser aufzunehmen. Das aufgenommene Kondenswasser ist im Betrieb des Steuergeräts 100 mittels des durch das elektronische Bauteil 417 erhitzten Metallelements 415 verdampfbar.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Kondenswasser auch direkt auf dem Metallelement 415 verdampfen, ohne zuvor in einem Schwamm gespeichert zu werden.
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Zur Förderung des Kondenswassers zu der Kondenswasserabführeinrichtung 410 umfasst das Steuergerät 100 eine im Innenraum 300 angeordnete mikrostrukturierte Folie 425, die den Kondensierabschnitt 310 mit der Kondenswasserabführeinrichtung 410 verbindet. Dabei ist die mikrostrukturierte Folie 425 ausgebildet, um das Kondenswasser mittels Kapillarkräften zu der Kondenswasserabführeinrichtung 410 zu fördern. Lediglich beispielhaft ist die mikrostrukturierte Folie 425 kraftschlüssig und formschlüssig mit der Gehäusewand 110 verbunden, um das an der Gehäusewand 110 entstehende Kondenswasser direkt aufzunehmen und zu der Kondenswasserabführeinrichtung 410 zu leiten. Dabei ist die Folie 425 in ihrer Ausformung der Krümmung des beispielhaft U-förmig ausgeformten Kühlkanals 125 angepasst, um den Kondensierabschnitt 310 möglichst großflächig zu erfassen.
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Mit anderen Worten umfasst das Steuergerät 100 in diesem Ausführungsbeispiel eine mikrostrukturierte Platte, eine Heizvorrichtung, ein Metallblech und einen Saugschwamm. Die Heizvorrichtung ist für die Verdunstung des Kondensats vorgesehen. Als Heizvorrichtung ist beispielhaft der elektronische Baustein 417 des Steuergeräts 100 vorgesehen, etwa ein SoC oder ein RAM-Baustein. Über das beispielhaft als Metallblech ausgeformte Metallelement 415 erfolgt der Wärmetransport des wärmeerzeugenden Bausteins 417 zu dem Bereich, in dem das Kondensat verdunstet werden soll. Das Metallblech befindet sich in der Stack-Anordnung Themal-Interface-Material, etwa eine Wärmeleitfolie, dem wärmeerzeugenden Baustein 417 und dem sogenannten Heat-Spreader, ausgebildet als stumpfe Pyramide, zur Kühlkanalwand beziehungsweise Kühlstruktur. Das hier als Schwamm bezeichnete optionale Schwammelement 420 konzentriert und speichert die Flüssigkeit, verhindert die Weiterleitung der Flüssigkeit zum elektronischen Bauteil 417 oder generell zu den Bauteilen 305 der Schaltung 400. Die mikrostrukturierte Folie 425, die beispielhaft gemäß einem Ausführungsbeispiel eine mikrostrukturierte Fläche ausformt, leitet das Kondenswasser in den Bereich des Metallblechs. Die flexible und dünne mikrostrukturierte Fläche ist kraft- und formschlüssig mit der unterseitigen Kühlkanalwand verbunden. Insbesondere hier scheidet das Wasser ab. In diesem Bereich ist die mikrostrukturierte Fläche als einfache Ausführung vorgesehen und in dem nicht-kritischen Bereich, wo kein Kondenswasser abscheidet, sind mehre Lagen der mikrostrukturierten Folie denkbar. Ist das Kondenswasser mit der Kapillarkraft zum Überlappungsbereich mikrostrukturierte Fläche und Metallblech transportiert worden, kann es von dem Schwammelement 420 aufgenommen werden.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Kondenswasserabführeinrichtung 410 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Kondenswasserabführeinrichtung 410 entspricht oder ähnelt der in der vorangegangenen 4 beschriebenen Kondenswasserabführeinrichtung. Die Kondenswasserabführeinrichtung 410 umfasst ein Metallelement 415 zum Verdampfen des Kondenswassers, das thermisch mit einem elektronischen Bauteil koppelbar ist. Weiterhin weist die Kondenswasserabführeinrichtung 415 ein Schwammelement 420 auf, das ausgebildet ist, um zu der Kondenswasserabführeinrichtung 415 gefördertes Kondenswasser aufzunehmen. Kondenswasser ist mittels der mikrostrukturierten Folie 425 zu der Kondenswasserabführeinrichtung 415 förderbar. Hierfür weist die mikrostrukturierte Folie 425 in diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Kapillarkanälen 500 auf, die ausgebildet sind, um Flüssigkeit in eine gewünschte Richtung zu leiten.
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6 zeigt ein Diagramm von Kondenswasserbildung. In der hier gezeigten Abbildung ist der Taupunkt Td auf der y-Achse in Relation zu der Lufttemperatur T auf der x-Achse bei variierender relativer Luftfeuchtigkeit zwischen 10% bis 100% dargestellt. Der Taupunkt Td bezeichnet hierbei diejenige Temperatur, die bei konstantem Druck unterschritten werden muss, damit sich Kondenswasser bildet. So liegt der Taupunkt Td bei einer Lufttemperatur T von 23°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 30% bei 5°C. Bei einer Lufttemperatur T von 15°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100% liegt der Taupunkt Td hingegen bei 15°C.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Steuergerät
- 105
- Gehäuse
- 110
- Gehäusewand
- 115
- Schnittstellen
- 120
- außenseite der Gehäusewand
- 125
- Kühlkanal
- 130
- Deckel
- 135
- Kühlkanalstruktur
- 140
- Öffnung
- 200
- Erhöhungen
- 205
- Krümmungsbereich
- 225
- Anschlüsse
- 300
- Innenraum
- 305
- elektronische Bauteile
- 310
- Kondensierabschnitt
- 400
- Schaltung
- 405
- Wärmeleitabschnitt
- 410
- Kühlwasserabführeinrichtung
- 415
- Metallelement
- 417
- Bauteil
- 420
- Schwammelement
- 425
- mikrostrukturierte Folie
- 500
- Kapillarkanäle
- Td
- Taupunkt
- T
- Lufttemperatur
