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Stand der Technik
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Es sind elektrische Vorrichtungen bekannt, insbesondere Steuergeräte für Kraftfahrzeuge, die innerhalb eines Gehäuses Bauelemente aufweisen, die für die ordnungsgemäße Funktion des Steuergeräts bzw. elektrischen Vorrichtung erforderlich sind. Dabei werden typischerweise ein Gehäuseunterteil und ein Gehäuseoberteil unter Zwischenlage einer Leiterplatte zu einem Gehäuse zusammengefügt, man vergleiche beispielsweise mit der Offenbarung der
DE42 18 112 A1 . Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik sogenannte Einschubgehäuse bekannt - man vergleiche beispielsweise mit der Offenbarung der
DE 42 22 838 A1 - in denen elektronische Komponenten angeordnet sind. So genannte Einschubgehäuse sind Gehäuse, bei denen beispielsweise Leiterplatten an Führungselementen orientiert (in Einschubschienen) des Gehäuses eingeschoben werden. Möchte man derartige Gehäuse aus Kunststoff fertigen, insbesondere im Falle der Verwendung von elektronischen Komponenten, ist man ggf. an Bauelemente gebunden, die nicht allzu viel Wärmeenergie erzeugen. Dann kann in der Regel eine Kühlung der auf einer Leiterplatte angeordneten Komponente ausreichend sein. Dabei erfolgt die Kühlung der Komponenten zum einen über die üblicherweise verwendete Leiterplatte, auf der die Komponenten befestigt sind und zum anderen über die Innenluft in dem Gehäuse. D. h. der Wärmeübergang von dem Bauteil bzw. der Komponente erfolgt zum einen über beispielsweise elektrische Kontaktierungen von dem Bauteil an die Leiterplatte, d. h. über die elektrischen Leiter, mit denen die Komponente an der Leiterplatte befestigt bzw. angelötet ist. Diese Wärme wird dann beispielsweise über die Leiterplatte selbst wiederum an die Innenluft abgegeben und gegebenenfalls beispielsweise über eine Klemmverbindung zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse an das Gehäuse.
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Zum anderen findet die Kühlung über einen direkten Übergang der Wärme an die Innenluft statt, die dann wiederum ihre Wärme an das Gehäuse abgibt. Im Falle von Kunststoffgehäusen als Einschubgehäusen ist dabei sowohl die geringe Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes und zum anderen eine fehlende einfache Möglichkeit, wärmeleitfähiges Material (Thermal Interface Material, TIM) zwischen ein Bauteil bzw. eine Komponente und das Gehäuse bzw. zwischen die Leiterplatte und das Gehäuse zu bringen, nachteilig. Der Nachteil ist vor allem dadurch begründet, dass die Einschubrichtung üblicherweise quer zu einem gewünschten Wärmestrompfand vom Bauteil über ein wärmeleitfähiges Material zum Gehäuse verläuft und deshalb ein wärmeleitfähiges Material nur umständlich in diesen Pfad einzubringen ist.
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Des Weiteren sind derartige elektronische Geräte bekannt, die in metallischen Gehäusen angeordnet sind. Ein dabei typischerweise verwendeter Aufbau entspricht dem sogenannten Sandwich-Design, bei dem die verschiedenen Bauteile aufeinandergestapelt werden (Unterteil des Gehäuses, Leiterplatte mit Komponenten, Oberteil des Gehäuses), man vgl. mit der erwähnten
DE42 18 112 A1 . Bei einem derartigen Fertigungsvorgehen besteht die Möglichkeit, von einem Bauelement ausgehend die Wärme über Wärmeermittler an einen Gehäusedeckel oder auch gegebenenfalls an einen Gehäuseboden des metallischen Gehäuses zu übertragen. Dieses Sandwich-Design ermöglicht auch eine Kühlung einer Leiterplatte über eine sogenannte Kühlbank. Eine Kühlbank ist eine konstruktive Maßnahme, welche den Abstand zwischen einem Abschnitt des Gehäuses (der Kühlbank) und dem wärmeerzeugenden elektronischen Bauteil reduziert. Ziel der Reduzierung des Abstands in Kombination mit einem Wärmeleitmedium, welches den Zwischenraum zwischen Bauteil und Gehäuse füllt, ist die Reduzierung des thermischen Widerstands zur verbesserten Bauteilkühlung. Von Vorteil ist das einfache Einbringen des wärmeleitfähigen Materials. Bei derartigen Metallgehäusen im Sandwich-Design ist von Nachteil, dass dabei typische Schraub- oder Fügeprozesse zwischen Boden und Deckel zu einer „Wertsteigerung“ der Vorrichtung führen, die letztlich zu hohen bzw. höheren Kosten für den Verbraucher führen. Des Weiteren sind die Materialkosten höher, da ein Deckel und ein Bodenteil aus Metall schon für sich zu höheren Kosten führen und zudem ein gegebenenfalls erforderlicher Dichtstoff zwischen den beiden Gehäuseteilen zu einer weiteren Kostensteigerung führen. Ein derartiges Gehäuse ist aufwändiger abzudichten als ein Einschubgehäuse.
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Durch die hier vorgestellte Erfindung soll ein Kompromiss aus bekannter Gehäusemechanik bzw. -technik (Kunststoff) und ausreichender Kühlungsleistung im Bereich einer Wärmequelle (thermische Hotspots) sein. Zudem wird hierdurch auch bei Einschubgehäusen die Möglichkeit gegeben, ein wärmevermittelndes bzw. wärmeleitendes Material (TIM) an der Wärmequelle mit geringem Zusatzaufwand gezielt anzubringen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nach einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist eine elektrische Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät, vorgesehen, welches ein Abdeckteil, insbesondere ein Gehäuseteil, beispielsweise ein Deckel, aus einem nicht-metallischen Material, insbesondere Kunststoff, aufweist. Zudem weist diese elektrische Vorrichtung ein Bauelement auf, welches in einem elektrischen Betrieb Wärme erzeugt bzw. abgibt. Es ist dabei vorgesehen, dass das Abdeckteil eine Aussparung aufweist, und das Abdeckteil zudem ein Element hat, welches die Aussparung zumindest teilweise verschließt, und wobei zwischen dem zumindest teilweisen verschließbaren Element und dem Bauelement zumindest mittelbar ein wärmeleitender Kontakt besteht. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass einerseits ein Gehäuse oder Gehäuseteil des Gehäuses aus nicht-metallischen Material, insbesondere Kunststoff, ist und zudem eine Wärmeabgabe von einem Bauelement an die Umgebung durch das Element, welches die Aussparung zumindest teilweise verschließt, ein wärmeleitender Kontakt zu dem Bauelement ermöglicht ist und dadurch eine Wärmeabgabe verbessert bzw. gut ist. Ganz besonders im Zusammenhang mit den bereits erwähnten Einschubgehäusen, bei denen eine Fügerichtung eines Bauelements bzw. der Leiterplatte in das Gehäuse in einer Richtung erfolgt und eine Wärmeabgabe von dem Bauelement an die Umgebung mittels Festkörperkontakt quer dazu erfolgen soll, ergeben sich besondere Vorteile durch das Element, welches die Aussparung zumindest teilweise verschließt, und dadurch zumindest mittelbar ein wärmeleitender Kontakt zwischen dem Bauelement und dem Element und dessen Außenumgebung hergestellt wird.
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Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass das verschließende Element in der Aussparung des Abdeckteils sitzt. Ein Vorteil einer derartigen Anordnung besteht darin, dass das Abdeckteil, welches typischerweise das vom Volumen größere Teil wäre, aus dem nichtmetallischen Werkstoff (bspw. Polyamid) wäre bzw. ist und das verschließende Element aus Metall (bspw. Aluminiumlegierung). Da das spezifische Gewicht von Nichtmetallen (bspw. Polyamid in etwa 1,1 g/cm3) bspw. geringer als das von Metallen ist (bspw. Aluminium und dessen Legierungen in etwa 2,8 g/cm3), kann so bei zumindest ähnlichen Abmessungen Masse eingespart werden.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Element zumindest teilweise einen Hohlraum aufweist. Mit einem derartigen Hohlraum ist es möglich, einen Kompromiss zwischen möglichst geringem Materialaufwand und andererseits einem kurzen Weg zwischen wärmeerzeugendem Bauelement und dem Element zwecks kurzem, schnellen Wärmeübergang an das bevorzugt metallische Element zu ermöglichen.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Topfgestalt des Elements zumindest teilweise vorgesehen, so dass insbesondere möglichst gleichmäßige Wände bzw. Ränder im Kraftübergang zwischen dem Element und dem Gehäuse vorhanden sind. Es ist dabei vorgesehen, dass das Element mit einer Wandung in der Aussparung sitzt. Dies hat insbesondere in der Gestalt eines Topfes den Vorteil, dass mit groben Toleranzen gefertigt werden kann und dementsprechend beim Fügen des Elements gegen die Aussparung sogar ein Überstand der Wandung in der Aussparung toleriert werden kann. Dies gilt bspw. beim Fügen bzw. dem Sitz des Elements mittels einer Presspassung in der Aussparung. Es wird dadurch ein besonders einfaches Fügen des Elements in der Aussparung ermöglicht. Weitere Befestigungselemente wie beispielsweise Schrauben oder Nieten oder beispielsweise Klebstoff werden nicht benötigt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Element eine Kühlrippe aufweist. Durch eine derartige Kühlrippe ist es möglich, besonders gut Wärmeenergie an die Umgebung abzuführen. Weiter ist vorgesehen, dass das Element mit einem Flansch, d. h. mit einem eigenen insbesondere einstückig angeformten Flansch am Abdeckteil zumindest mittelbar anliegt. Ein derartiger Flansch ermöglicht eine definierte Anlagefläche des Elements am Abdeckteil.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Element und das Abdeckteil miteinander stoffschlüssig befestigt sind. Eine derartige Vorgehensweise ermöglicht grobe Toleranzen in der Fügestelle zwischen Abdeckteil und Element, so dass an dieser Stelle Kosten eingespart werden können. Zu den möglichen Fertigungsverfahren bezüglich Stoffschluss kommen hier beispielsweise das Verwenden eines Klebstoffs zwischen Element und Abdeckteil in Frage, ganz besonders beispielsweise Wärmeleitpaste, die Klebeeigenschaften aufweist und bei dieser Vorrichtung beispielsweise in einer weiteren Ausgestaltung auch dazu verwendet werden kann, um einen Wärmeübergang von dem wärmeerzeugenden Bauelement an das Element zu ermöglichen. Insofern hätte dies den Vorteil, dass nicht mit einem weiteren Klebstoff gearbeitet werden müsste, sondern dass ein einzelner bzw. nur ein Klebstoff (Wärmeleitpaste) zu verwenden wäre. Des Weiteren kommen alternativ oder gegebenenfalls auch zusätzlich die Verbindungsverfahren „hot joining“ und „Laser-Schwei-ßen“ in Frage. Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist das Befestigen des Elements am Abdeckteil durch Formschluss vorgesehen. Ein derartiges Fügeverfahren hat den Vorteil, dass bei der Fertigung, insbesondere bei maschinenüberwachter Fertigung verhältnismäßig zuverlässig das Fertigungsergebnis überwacht werden kann. So führt eine Formschlussverbindung beispielsweise dazu, dass im Zusammenhang des Fügeprozesses eine ansteigende Fügekraft überwacht werden kann, deren Absinken (beispielsweise durch Einschnappen) durch einen Kraftaufnehmer überwacht werden kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Element und dem Bauelement ein Wärmeleitmedium angeordnet ist. Dieses Wärmeleitmedium kann insbesondere als eine Wärmeleitpaste oder ein insbesondere elastischer Wärmeverteiler (heat spreader) ausgebildet sein. Ein derartiger bereits zuvor angedeuteter Stoff zwischen dem verschließenden Element und dem Bauelement führt zu einer verbesserten Wärmeleitung (insbesondere gegenüber Luft) zwischen dem Bauelement und der Umgebung. Insbesondere ist nach einem weiteren Gesichtspunkt vorgesehen, dass zwischen dem Bauelement und dem verschließenden Element eine Haltekraft wirkt. Eine derartige Haltekraft kann eine weitere Kraftkomponente zum Verschließen des Abdeckteils mittels des verschließenden Elements sein. Dadurch wird der Verschluss des Abdeckteils bzw. des Gehäuses verbessert bzw. zuverlässiger. Schließlich ist vorgesehen, dass das Abdeckteil aus Kunststoff oder Metall ausgebildet ist.
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1 zeigt in einer räumlichen Ansicht ein Gehäuse, insbesondere Einschubgehäuse, mit einem Deckel an einem abgewandten Ende und einer hier offenen Seite zwecks Verdeutlichung der Situation mit einer Leiterplatte, Einschubschienen und einem Bauelement auf der Leiterplatte.
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Die 2 bis 7 zeigen die verschiedenen Ausführungsbeispiele der elektrischen Vorrichtung mit verschiedenen Beispielen eines Elements zum Verschlie-ßen einer Aussparung.
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1 zeigt in einer schematischen räumlichen Ansicht eine elektrische Vorrichtung 10, die beispielsweise als Steuergerät in einem Kraftfahrzeug Verwendung finden kann. Das Abdeckteil 13 ist insbesondere ein Gehäuseteil, welches ein Bauelement 16 aufnimmt. Dieses Bauelement 16 ist durch einen Träger 19 gehalten. Dieser Träger 19 ist hier beispielsweise plattenförmig und kann beispielsweise eine Leiterplatte sein. Der Träger 19 ist in dem Abdeckteil 13 durch eine Führungsvorrichtung 22 gehalten. Die Führungsvorrichtung 22 weist hier beispielsweise auf einer rechten Seite des Abdeckteils 13 je zwei Führungsschienen 24 und auf einer linken Seite des Abdeckteils 13 ebenfalls zwei Führungsschienen 26 auf. Der in 1 dargestellte Pfeil an der linken unteren Ecke der Vorrichtung 10 steht für eine Richtung, in der der Träger 10 in das Abdeckteil 13 und die Führungsvorrichtung 22 einzuschieben ist, damit dieser Träger 19 seine ordnungsgemäße Position einnehmen kann. An einem vom Betrachter dieser elektrischen Vorrichtung 10 abgewandten Seite in Pfeilrichtung ist ein Deckel 29 des Gehäuses dargestellt. In dieser 1 ist des Weiteren eine Strichlinie I-I dargestellt, die mit einer anderen in Einschubrichtung verlaufenden Strichlinie III-III eine Ebene darstellt. Diese Ebene deutet hier eine Gestalt des Abdeckteils 13 an. Während mit der durchgezogenen Linierung ein Abdeckteil 13 erkennbar ist, welches ein sogenanntes geschlossenes Profil aufweist, ist grundsätzlich das Abdeckteil 13 auch in einem offenen Profil (U-förmig mit der Führungsvorrichtung 22) ausführbar, wie dies durch die beiden Strichlinien angedeutet ist. Des Weiteren ist auf einer Oberseite 32 des Abdeckteils 13 ein Oval 35 gestrichelt dargestellt. Dieses Oval 35 steht für eine skizzierte Position einer Aussparung, die an diesem Abdeckteil 13 anzubringen ist. Hierauf wird etwas weiter unten eingegangen.
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2 zeigt ausschnittweise einen Längsschnitt entlang der in 1 dargestellten Schnittlinie II-II. In 2 ist auch die Linie III-III dargestellt, die mit der Linie I-I eine Ebene aufspannt, man vergleiche mit 1.
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In 2 ist die Oberseite 32 des Abdeckteils 13 erkennbar. Das Abdeckteil weist eine Aussparung 38 auf, die hier durch ein Element 40 verschlossen ist. In dem Bauelement 16 und dem Element 40 ist ein Wärmeleiter 43 angeordnet. In diesem Beispiel ermöglicht der Wärmeleiter 43 zwischen dem Element 40 und dem Bauelement 16 mittelbar einen wärmeleitenden Kontakt.
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Das Abdeckteil 13 ist aus Kunststoff geformt. Aufgrund der in 1 skizzierten Formgebung kann dies beispielsweise durch Strangpressen erfolgen. Im Sinne von Kunststoff ist hier Kunststoff zu verstehen, welcher hauptsächlich aus Makromolekülen/Polymeren besteht. Dieser Kunststoff kann noch verstärkende Elemente wie Fasern (Glasfasern, Karbonfasern) aufweisen. Im Sinne von Kunststoff kann hier durchaus auch beispielsweise ein Duroplast zu verstehen sein. Wird das Bauelement 16 im Betrieb mit Strom versorgt, so erzeugt dieses Bauelement 16 aufgrund seiner Tätigkeit Wärme, die beispielsweise in den Träger 19 und an die dem Bauelement 16 benachbarte Luft übertragen wird. Durch den Wärmeleiter 43 wird erreicht, dass ein Teil des Wärmestroms über den Wärmeleiter 43 an das Element 40 übertragen wird. Der Wärmeleiter 43 kann aufgrund seiner Zwischenlage zwischen Bauelement 16 und Element 40 auch als „Thermal Interface Material“ (TIM) bezeichnet sein.
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Im Zuge der Herstellung des Abdeckteils 13 ist vorgesehen, die Aussparung 38 herzustellen. Insbesondere kann diese Aussparung 38 durch ein Stanzwerkzeug erzeugt werden. Diese Aussparung 38 kann alternativ auch beispielsweise ausgefräst werden bzw. durch eine Zerspanungstechnik ausgearbeitet werden. Für den Fall, dass das Abdeckteil 13 nicht durch einen Strangfertigungsprozess entsteht, sondern beispielsweise durch einen Spritzgussvorgang, kann auch vorgesehen sein, die Aussparung 38 durch eine entsprechende Formgebung des Spritzgusswerkzeugs an dieser Stelle mit dem Spritzgießen des Abdeckteils 13 entstehen zu lassen. Das Element 40 kann beispielsweise nach 2, bei einer runden Aussparung 38, durch ein ebenso rundes Element 40, d. h. beispielsweise durch eine runde Platte verwirklicht sein und so mit den Eindrücken in die Aussparung 38 die Oberseite 32 des Abdeckteils 13 wieder vervollständigen und beispielsweise abdichten. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass das Element 40 so weit in die Wandung des Abdeckteils 13 eingedrückt wird, bis das Element 40 den Wärmeleiter 43 kontaktiert. Dabei soll das Element 40 gleichzeitig bzw. gleichfalls durch das Abdeckteil 13 gehalten sein. Das Element 40 sitzt somit in der Aussparung 38. Bevorzugt ist eine Höhe des Wärmeleiters 43 zwischen dem Bauelement 16 und einer Unterseite des Elements 40 auf eine Endlage des Elements 40 nach der Montage in die Aussparung 38 abgestimmt, so dass diese dem Abstand zwischen dem Bauelement 16 und der Unterseite des Elements 40 in der Endlage entspricht. Der Wärmeleiter kann viskos ausgeführt, sodass er sich beim Fügeprozess dem Abstand anpasst (flüssiger Wärmeleiter) oder er kann elastisch (als Feststoff) ausgeführt sein, sodass eine gewisse Vorspannung entsteht, die über Lebensdauer einen Kontakt nach oben und unten, d. h. zu der Unterseite des Elements 40 und dem Bauelement 16, gewährleistet.
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In einer Fuge 44 zwischen dem Abdeckteil 13 bzw. der Aussparung 38 und dem Element 40 ist beispielsweise vorgesehen, eine Haltekraft zu übertragen. Diese Haltekraft in dieser Fuge 44 kann dabei beispielsweise durch Kleben zwischen dem Element 40 und der Aussparung 38 erfolgen. Dabei kann insbesondere ein Klebstoff in dieser Fuge 44 vorhanden sein, der eine Klebekraft zwischen der Aussparung 38 und dem Element 40 vermittelt. Alternativ kann das Element 40 auch „heiß“ in die Aussparung 38 des Abdeckteils 13 eingefügt sein („hot joining“). Bei diesem „Heißfügen“ schmilzt ein Rand der Aussparung 38 leicht an, so dass zwischen dem Element 40 und der Aussparung 38 des Abdeckteils 13 eine Klebeverbindung entsteht, die durch das geschmolzene Material des Abdeckteils 13 zustande kommt. Des Weiteren kann zwischen dem Abdeckteil 13 und dem Element 40 eine Klebe- bzw. Schmelzverbindung durch sogenanntes Laserschweißen hergestellt sein. Dabei wird durch Laserschweißen am Rand der Aussparung 38 Material aufgeschmolzen, welches sich dann in klebender Weise an dem Element 40 anhaftet (Klebeverbindung).
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Bei „hot joining“ wird der metallische Fügepartner erhitzt (z. B. elektrisch mittels Widerstandserwärmung). Wenn die beiden Fügepartner kontaktiert werden, schmilzt der Kunststoff und es erfolgt nach Erstarrung eine feste Verbindung zwischen Metall und Kunststoff. Alternativ kann auch der Fügepartner aus Kunststoff bis zum Anschmelzen auf Fügeseite erwärmt werden. Auch dann erfolgt nach Erstarrung eine feste Verbindung zwischen Metall und Kunststoff.
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3 zeigt eine alternative Ausführungsform. Ein wesentlicher Unterschied zwischen den Ausführungsformen nach 2 und 3 besteht darin, dass das Element 40 zumindest teilweise einen Hohlraum 45 aufweist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 kann die Verbindung zwischen dem Abdeckteil 13 bzw. dessen Aussparung 38 und dem Element 40 in gleicher Weise erfolgen, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 der Fall ist bzw. sein kann.
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Beim Kleben in der Fuge 44 zwischen dem Element 40 und der Aussparung 38 bzw. dem Abdeckteil 13 kann im Falle dessen, dass ein vermittelndes Klebemittel verwendet werden soll, das gleiche Medium verwendet werden, wie dies als Stoff für den Wärmeleiter 43 verwendet wird, so dass gegebenenfalls eine sogenannte Wärmepaste verwendet wird (beispielhaft).
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In 4 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels nach 3 ersichtlich. Dabei wird deutlich, dass das Bauelement 16 nicht von seiner Oberseite wie in 3 entwärmt wird, sondern dass dieses Bauelement 16 von seiner Unterseite her entwärmt wird. D. h., dass hier in diesem Fall eine Wärme des Bauelements 16 zunächst durch den Träger 19 hindurch geleitet wird, dann durch den Wärmeleiter 43, bis schließlich die verbleibende Wärme an einer Grenzfläche zwischen dem Wärmeleiter 43 und dem Element 40 an dieses Element 40 weitergegeben wird. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 weist das Element 40 wiederum eine sogenannte Topfform auf. Dies ist in diesem Fall nur beispielhaft. Vielmehr könnte bei der hier dargestellten Anordnung das Element 40 auch lediglich eine Plattenform (Plakette, Ronde) aufweisen. Der Wärmeleiter 43 wäre gemäß diesem Beispiel dann einfach wieder zu erhöhen bzw. höher auszuführen, wie dies bereits gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 2 der Fall ist.
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Es ist auch hier insbesondere vorgesehen, dass das Element 40 so weit in die Wandung des Abdeckteils 13 eingedrückt wird, bis das Element 40 den Wärmeleiter 43 kontaktiert. Wie ganz besonders anhand der 3, 4 und auch 5 erkannt werden kann, sitzt das Element 40 mit einer Wandung 48 in der Aussparung 38.
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Das Ausführungsbeispiel nach 5 geht von dem Ausführungsbeispiel nach 3 aus. Hierbei weist das topfförmige Element 40 zusätzlich einen Flansch, hier einen ringförmigen Flansch 50 auf. Hier ist somit dargestellt, dass das Element 40 mit dem Flansch 50 am Abdeckteil 13 unmittelbar anliegt. D. h. in diesem Fall, dass zwischen dem Abdeckteil 13 und dem Element 40 bzw. dessen Flansch 50 kein mittelnder Stoff zwischengebracht ist. Ein mittelnder Stoff könnte beispielsweise eine Wärmeleitpaste sein. Eine Wärmeleitpaste zwischen dem Flansch 50 und dem Abdeckteil 13 hätte den Vorteil, dass das Abdeckteil 13 in dem Bereich, wo der Flansch 50 aufliegt, als Wärmesenke dienen kann und somit das Bauelement 16 nochmals verbessert gekühlt werden könnte.
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Anhand von 5 ist erkennbar, wie eine Kraft des Wärmeleiters 43 auf das Element 40 wirkt. So wurde beispielsweise während des Fügens des Elements 40 in die Aussparung 38 mit einer Fügekraft auf den Wärmeleiter 43 gedrückt. Diese Kraft ist hier nicht dargestellt. Vielmehr ist hier eine Kraft F1 dargestellt, die eine verbleibende Haltekraft (Niederdrückkraft) ist, die von dem Wärmeleiter 43 auf das Element 40 ausgeübt wird. Diese Haltekraft F1 findet ihr Gegenstück (symbolisch) in den hier als zwei Kräfte F2 dargestellten Kräften, die bei der Anlage des Flansches 50 auf dem Abdeckteil 13 Gegenkräfte sind.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 5 kann beispielsweise ein Abschnitt der Fuge 44, welcher sich zwischen dem Flansch 50 und der Oberseite 32 des Abdeckteils 13 befindet, zur Verbindung zwischen dem Element 40 und dem Abdeckteil 13 vorgesehen sein. Dabei kann wiederum ein Klebeverfahren verwendet bzw. vorgesehen sein. Dies bedeutet, dass beispielsweise ein Klebstoff zwischen dem Flansch 50 und dem Gehäuse 13 und dessen Oberfläche 32 eingebracht wird und im Anschluss daran das Element 40 auf den Wärmeleiter 43 und auf die Oberfläche 32 bzw. Oberseite 32 des Abdeckteils 13 gedrückt wird. Durch Anlegen und Halten dieser Position entsteht beim Abbinden des Klebstoffs eine Klebeverbindung. Wie bereits bei den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben, kann auch hier ein „hot joining“ vorgesehen sein. Dies bedeutet, dass das Verschlusselement bzw. Element 40 erwärmt wird, so dass sich eine Oberfläche des Abdeckteils 13 bzw. der Aussparung 38 in der Fuge 44 erwärmt, aufschmilzt und eine Fügeverbindung bzw. Klebeverbindung mit dem Element 40 eingeht. Dies ist ebenfalls zwischen dem Flansch 50 und der Oberfläche bzw. Oberseite 32 möglich und gegebenenfalls vorgesehen.
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Das Element 40 kann sowohl auf dem Flansch 50 als auch (im Sinne von und/oder) im Hohlraum 45 insbesondere einstückig angeformte Kühlrippen aufweisen. Die Kühlrippen im Hohlraum 45 können dabei über das Abdeckteil 13 überstehen.
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Das Ausführungsbeispiel nach 6 geht von dem Ausführungsbeispiel nach 2 aus. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel des Elements 40 nach 2 weist dieses Element 40 mehrere Kühlrippen 53, hier sechs Kühlrippen 53, auf. Es ist somit vorgesehen, dass das Element 40 eine Kühlrippe 53 aufweist bzw. in einem Ausführungsbeispiel aufweisen kann.
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Das Ausführungsbeispiel nach 7 zeigt ausschnittweise einen Umfang bzw. benachbarten Teil einer Fuge 44. Dabei weist die Wandung 48 des topfförmigen Elements 40 wiederum einen Flansch 50 auf, der hier beispielhaft verglichen mit dem Ausführungsbeispiel nach 5, sehr viel kleiner ist. Ist das Element 40 in der Aussparung 38 fertiggefügt, d. h. liegt der Flansch 50 mit einer seiner Oberflächen an der Oberseite 32 des Abdeckteils 13 an, so hintergreift eine Rastnase 56 bzw. ein hier als solcher dargestellter Rastring die Wandung des Abdeckteils 13.
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Es sind somit Ausführungen offenbart, wonach das Element 40 und das Abdeckteil 13 miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Zudem ist bzw. alternativ ist vorgesehen, dass zwischen dem Element 40 und dem Bauelement 16 ein Wärmeleitmedium 43, insbesondere eine Wärmeleitpaste oder ein insbesondere elastischer Wärmeverteiler, angeordnet ist (heat spreader).
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Auch wenn grundsätzlich bevorzugt ist, dass das Element 40 aus einem Metall gefertigt ist bzw. Metall aufweist, kann auch vorgesehen sein, dass das Element 40 aus Kunststoff gefertigt ist. Immerhin würde durch einen derartigen Aufbau wie hier beschrieben von dem Bauelement 16 über den Wärmeleiter 43 Wärme an ein Teil des Abdeckteils 13 bzw. über das Element 40 an das Abdeckteil 13 weitergeleitet werden können. Eine Wärmeabgabe wäre somit erhöht. Das Einbringen eines Wärmeleiters wäre sonst in einem Einschubgehäuse nur schwierig zu realisieren, da keine Öffnung vorhanden. Siehe die Ausführungen im Folgenden.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Aussparung 38 im Abdeckteil 13 (Gehäuse, Kunststoffgehäuse) oberhalb bzw. unterhalb des zu kühlenden lokal heißesten Punkts (hot spots) bzw. des zu kühlenden Leiterplattenabschnitts bzw. Abschnitts des Trägers 19 angeordnet wird. Im Rahmen der Fertigung kann das Wärmeleitmedium bzw. der dadurch entstehende Wärmeleiter 43 durch die Aussparung 38 aufgetragen (dispensed) werden oder ein Wärmeleiter 43 in Gestalt eines elastischen Wärmeverteilers (heat spreaders) eingebracht bzw. aufgebracht (auf das Bauelement 16) werden. In einem der nächsten oder dem nächsten Verfahrensschritt wird das Gehäuse bzw. das Abdeckteil 13 an der Stelle der Aussparung 38 geschlossen, indem ein passendes Element 40 (Verschlusselement) mit der gewünschten Wärmeleitfähigkeit mit dem Abdeckelement 13 (besonders Kunststoffgehäuse) verbunden wird. Dieses Element 40 (Verschlusselement) kann beispielsweise aus Kunststoff oder Metall ausgeführt werden, je nach gewünschter Kühlleistung kann dies gewählt werden. Die Geometrie, insbesondere die Größe des Elements 40 (Durchmesser, Anzahl - falls vorhanden - der Kühlrippen) richtet sich nach der gewünschten bzw. erforderlichen Kühlfläche bzw. Kühlleistung. Es können auch mehr als ein Element 40 (Verschlusselement) in Aussparungen 38 des Abdecktelements 13 eingebracht werden, d. h. mehrere Einheiten einer Aussparung 38 mit einem Element 40 über einem Wärmeleiter 43 gefertigt sein.
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Die Verbindung von Abdeckelement 13 und Element 40 kann unterschiedlich ausgeführt werden. Sind nur niedrige IP-Klassen und deren Bedingungen zu erfüllen (<=IP40) kann eine ausreichende Haltekraft bereits durch ein geeignetes Wärmeleitmedium (TIM) zwischen dem Träger und dem Element 40 bzw. dem Bauelement 16 und dem Element 40 erreicht werden, wenn die Klebewirkung ausreichend ist (2, 6).
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Ist gewünscht bzw. erforderlich, dass die Kontaktflächen zwischen dem Element 40 und dem Abdeckelement 13 mittels des Stoffs abgedichtet werden, der für die Herstellung des Wärmeleiters 43 verwendet wird (TIM), so kann dieser Stoff dazu verwendet werden, in der Fuge 44 eine Abdichtung durch Kleben zu erreichen. Verwendet man den gleichen Stoff, so kann davon ausgegangen werden, dass ausreichende Klebeeigenschaften vorhanden sind und zudem dieser Stoff im gleichen Prozessschritt auf die Vorrichtung aufgetragen werden kann. Dies bedeutet, dass beispielsweise das Bauelement 16 mit dem Stoff (TIM) beschichtet wird und danach die entsprechende Fuge 44 mit dem gleichen Stoff beschichtet wird. Selbstverständlich ist auch eine umgekehrte Reihenfolge möglich. Die im Beispiel nach 7 erwähnte Verrastung kann beispielsweise auch bei der Vorrichtung, wie sie nach 5 dargestellt ist, angewendet sein. Zumindest durch das Kleben in der Fuge, ganz besonders durch das erwähnte TIM, kann die Schutzklasse dieses elektrischen Geräts bereits auf IP65 erhöht sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4218112 A1 [0001, 0003]
- DE 4222838 A1 [0001]
