WO2022194705A1 - Wärmeableitvorrichtung und steuergeräteanordnung - Google Patents

Wärmeableitvorrichtung und steuergeräteanordnung Download PDF

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WO2022194705A1
WO2022194705A1 PCT/EP2022/056346 EP2022056346W WO2022194705A1 WO 2022194705 A1 WO2022194705 A1 WO 2022194705A1 EP 2022056346 W EP2022056346 W EP 2022056346W WO 2022194705 A1 WO2022194705 A1 WO 2022194705A1
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WO
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thermally conductive
heat dissipation
control unit
receiving space
mosaic
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PCT/EP2022/056346
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Inventor
Georg Sebastian
Iulian Maga
Uwe ZUNDEL
Manuel MAUL
Joerg Gebers
Andrew Kay
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to JP2023557149A priority patent/JP2024511758A/ja
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/2049—Pressing means used to urge contact, e.g. springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20409—Outer radiating structures on heat dissipating housings, e.g. fins integrated with the housing
    • H05K7/20418—Outer radiating structures on heat dissipating housings, e.g. fins integrated with the housing the radiating structures being additional and fastened onto the housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2280/00—Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts
    • F28F2280/02—Removable elements

Definitions

  • the invention relates to a heat dissipation device, in particular for a control device arrangement in a vehicle.
  • the invention relates to a control device arrangement, in particular for a vehicle, with such a heat dissipation device.
  • control unit arrangement 100 shown in FIG. 7 with a control unit 3, which comprises a housing 4 and at least one heat source 7 arranged within the housing 4, such as an electrical assembly 7A arranged on a printed circuit board 6, and with a cooling device 9A executed heat sink 9, the control unit 3 is detachably connected to the cooling device 9A.
  • the at least one heat source 7 is thermally coupled to the housing 4 of the control unit 3 via a first thermal interface 8 .
  • the first thermal interface 8 can, for example, consist of thermally conductive materials 8A, which are also referred to as thermal interface materials (TIM).
  • TIM thermal interface materials
  • a so-called gap filler which is preferably made of a thermally conductive elastomer, can be arranged as a TIM 8A between the heat source 7 and a heat dissipation dome 5.1 formed on the bottom 4 of the housing 4 and form the first thermal interface 8 .
  • a heat dissipation path WAP of the heat generated by the at least one heat source 7 is distributed to a first heat dissipation path WAP1, which dissipates part of the heat generated by the heat source via the bottom 5 of the housing 4 of the control unit 3 and the fastenings tion areas to the cooling device 9A derives.
  • a second heat dissipation path WAP2 dissipates part of the heat generated by the at least one heat source 7 as radiant heat and as heat conduction via air molecules via the air gap LS into the cooling device 9A.
  • thermally conductive materials such as thermally conductive pastes or gap fillers
  • thermally conductive pastes or gap fillers to bridge the air gap LS in order to achieve better thermal conductivity between the control unit 3 and the cooling device 9A.
  • such a solution prevents a simple replacement of the control unit 3, since when the control unit 3 is dismantled, residues of the thermally conductive material used remain on the cooling device 9A, which must first be removed in a laborious cleaning process.
  • appropriate heat-conducting materials must be kept available and a bubble-free application that is difficult to check and difficult to implement.
  • the heat dissipation device with the features of independent patent claim 1 and the control device arrangement with the features of independent patent claim 11 each have the advantage that unevenness between egg ner heat source and a heat sink can be compensated.
  • the mosaic segments adapt to the unevenness of the surface due to the compressible, thermally conductive, elastic compensation element. This means that uneven joined surfaces can also come into contact over a large area and thus have good heat transfer. Furthermore, a high degree of robustness against contamination can result, since individual dirt particles in the air gap can only prevent individual mosaic segments from being in contact. With that is a good heat transfer of all other mosaic segments is still ensured. Interstices of the mosaic segments can serve as "volume buffers".
  • these spaces can, for example, serve as volume compensation for an adhesive medium that holds the mosaic segments in the corresponding receiving space. Due to the improved heat transfer, the service life of the electrical components can be extended as heat sources. In addition, cheaper materials with poorer thermal conductivity properties can be used for the housing. Furthermore, more economical manufacturing processes can be used due to extended tolerance zones.
  • the thermally conductive, low-adhesion contact areas of the individual mosaic segments allow them to be easily lifted off the corresponding surface of the heat sink or heat source.
  • Embodiments of the heat dissipation device according to the invention make it possible to compensate for unevenness tolerances on a cooling surface and to record good heat transfer even with unevenness of the surfaces and with particles between the surfaces, without a permanent air gap between the heat source and the cooling device.
  • Embodiments of the present invention provide a heat dissipation device, in particular for a control unit arrangement in a vehicle, with a receiving space open on at least one side and at least one mosaic segment arranged in the receiving space, which has a thermally conductive and elastic compensation element and a thermally conductive low-adhesion element includes contact area.
  • the at least one mosaic segment is arranged in the receiving space in such a way that the thermally conductive and elastic compensating element of the at least one mosaic segment rests against an inner surface of a floor of the receiving space and at least the thermally conductive, low-adhesion contact area of the at least one mosaic segment rests against an open side of the accommodating space, which faces the floor, partially protrudes from the accommodating space.
  • an outer surface of the bottom of the receiving space forms a solid first contact surface for a heat source or for a heat sink
  • the thermally conductive, low-adhesion contact area of the at least one Mosaic segment forms a flexible second contact surface for the heat sink or for the heat source.
  • a control unit arrangement in particular for a vehicle, is proposed with a control unit which comprises a housing and at least one heat source arranged inside the housing, and with a heat sink designed as a cooling device.
  • the control unit is detachably connected to the cooling device, with the at least one heat source being thermally coupled to the housing of the control unit via a first thermal interface.
  • At least one heat dissipation device according to the invention is arranged between the control unit and the cooling device, which forms a second thermal interface between the housing and the cooling device and dissipates heat generated by the at least one heat source to the cooling device.
  • the heat generated by at least one heat source is directly dissipated via the first thermal interface, via the housing of the control unit and via the at least one mosaic segment forming the second thermal interface into the cooling device.
  • the at least one mosaic segment is permanently connected to the inner surface of the receiving space.
  • the at least one mosaic segment can be connected to the inner surface of the receiving space, for example, by gluing, welding, soldering, clamping, or riveting.
  • the at least one mosaic segment can be designed in multiple parts.
  • the thermally conductive and elastic compensating element of the at least one mosaic segment can preferably be designed as a gap filler with a thickness of 1 to 5 mm, for example.
  • the thermally conductive low-adhesion contact area of the at least one mosaic segment can preferably be used as a Be executed metal plate, which can be glued to the gap filler.
  • the metal plates of the mosaic segments can be produced, for example, as stamped or laser-cut parts and have, for example, an edge length between 5 and 20 mm and a thickness in the range from 0.1 to 1.5 mm.
  • the metal plates can, for example, be made of aluminum, copper, steel or another suitable metal. Since the gap filler is largely covered by the individual metal plates and no adhesion build-up occurs between metals, the thermally conductive low-adhesion contact area can be easily removed from a metal surface of a cooling device or a control unit housing. For example, a gap filler can be bonded over a large area to the inner surface of the receiving space for several metal plates. Then the individual metal plates of the mosaic segments can be glued with the applied gap filler. This means that several mosaic segments can have a common thermally conductive and elastic compensating element.
  • the at least one mosaic segment can be made in one piece.
  • the at least one mosaic segment can comprise at least one spring element, which forms the thermally conductive and elastic compensating element.
  • a spring end of the at least one spring element can form the thermally conductive, low-adhesion contact area.
  • the at least one spring element can be made of copper, steel or another suitable metal, for example, and welded or riveted to the inner surface of the receiving space. Since there is no build-up of adhesion between the at least one spring element and the metallic surface of the cooling device or the control unit housing, the thermally conductive, low-adhesion contact area can easily be removed from the corresponding surface again.
  • At least one mosaic segment can be designed as a metal foam part, which forms the thermally conductive and elastic compensation element.
  • a bearing surface of the metal foam part facing away from the bottom of the receiving space form the thermally conductive low-adhesion contact area.
  • the metal foam part can, for example, be made of copper or another suitable metal and be glued, welded, soldered or clamped to the inner surface of the receiving space.
  • the at least one mosaic segment can be designed as a metal wool part, which forms the thermally conductive and elastic compensation element. A bearing surface of the metal wool part that faces away from the bottom of the receiving space can form the thermally conductive, low-adhesion contact area.
  • the metal wool part can, for example, be made of copper, steel or another suitable metal and be glued, welded or soldered to the inner surface of the receiving space. Since there is no build-up of adhesion between the metal foam part or the metal wool part and the metal surface of the cooling device or the control unit housing, the corresponding thermally conductive low-adhesion contact area can be easily removed from the corresponding surface again.
  • the at least one mosaic segment can be designed as a metal lamellar structure, which is also referred to as “Skived Fins” and comprises a number of lamellas that protrude from a base plate and form the thermally conductive and elastic compensation element.
  • the base plate can rest against the inner surface of the bottom of the receiving space and the edges of the lamellae facing away from the base plate can form the thermally conductive, low-adhesion contact area.
  • the at least one mosaic segment can be designed as a metal knob foil, which can comprise a plurality of knobs protruding from a base area, which form the thermally conductive and elastic compensating element.
  • the base of the metal studded foil can rest against the inner surface of the floor of the receiving space and be glued or welded to it. The knobs facing away from the base plate can form the thermally conductive, low-adhesion contact area.
  • the at least one heat dissipation device can have a plurality of mosaic segments and be designed over a large area on the housing of the control unit or on the cooling device.
  • a metallic base surface of a power module can be thermally connected over a large area to the corresponding surface of the cooling device.
  • the cooling device can have a metal plate with water cooling, for example.
  • several heat dissipating devices can be partially distributed on the housing of the control unit or on the cooling device.
  • electrical assemblies arranged at so-called "hotspots" can be specifically cooled as heat sources.
  • the receiving space for the at least one heat dissipation device can be formed in a depression in the region of the first thermal interface of the housing of the control unit.
  • the receiving space of the at least one heat dissipation device can be formed in a recess in a surface of the cooling device facing the control unit, which is arranged in the mounted state of the control unit arrangement in the area of the first thermal interface on the housing of the control unit.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a detail of a first embodiment of a control device arrangement according to the invention, in particular special in a vehicle, with a first embodiment of a heat dissipation device according to the inventions.
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of a detail of a second embodiment of a control device arrangement according to the invention, in particular in a vehicle, with a second embodiment of a heat dissipation device according to the invention.
  • Fig. 3 shows a schematic sectional view of a section of a third embodiment of a control device arrangement according to the invention, in particular special in a vehicle, with a third embodiment of a heat dissipation device according to the inventions.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of a section of a fourth exemplary embodiment of a control device arrangement according to the invention, in particular in a vehicle, with a fourth exemplary embodiment of a heat dissipation device according to the invention.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a bottom of a housing of a control unit for a control unit arrangement according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of a section of a fifth exemplary embodiment of a control device arrangement according to the invention, in particular in a vehicle, with a fifth exemplary embodiment of a heat dissipation device according to the invention and the control device from FIG.
  • FIG. 7 shows a schematic sectional illustration of a control unit arrangement, in particular in a vehicle, without a heat dissipation device according to the invention.
  • the illustrated exemplary embodiments include a control unit arrangement according to the invention 1, 1A, 1B, IC, ID, IE, in particular for a vehicle, each having a control unit 3, 3A, 3B, which has a housing 4 and at least a heat source 7 arranged within the housing 4, and a heat sink 9 designed as a cooling device 9A.
  • the control unit 3, 3A, 3B is detachably connected to the cooling device 9A.
  • the at least one heat source 7 is thermally coupled to the housing 4 of the control unit 3 via a first thermal interface 8 .
  • At least one inventive heat dissipation device 10, 10A, 10B, IOC, 10D, 10E is arranged between the control unit 3, 3A, 3B and the cooling device 9A, which has a second thermal interface 12 between the Housing 4 and the cooling device 9A forms and derives heat generated by the at least one heat source 7 to the cooling device 9A.
  • the heat generated by the at least one heat source 7 is directly dissipated via the at least one heat dissipation device 10, 10A, 10B, IOC, 10D, 10E via the first thermal interface 8, via the housing 4 of the control unit 3 and via the second thermal interface 12 into the cooling device 9A.
  • the cooling device 9A comprises a metal plate with a plurality of channels, not shown, through which water or another suitable coolant is conducted in order to dissipate the heat generated by the at least one heat source 7 .
  • the illustrated exemplary embodiments of the heat dissipation device according to the invention 10, 10A, 10B, IOC, 10D, 10E each include a receiving space 11, 11A, 11B, 11C open on at least one side and at least one in the Mosaic segment 14, 14A, 14B, 14C, 14D arranged in the receiving space 11, 11A, 11B, 11C, which comprises a thermally conductive and elastic compensation element 16 and a thermally conductive, low-adhesion contact area 18.
  • the at least one mosaic segment 14, 14A, 14B, 14C, 14D is arranged in the receiving space 11, 11A, 11B, 11C that the thermally conductive and elastic compensation element 16 of the at least one mosaic segment 14, 14A, 14B, 14C, 14D an inner surface of a floor 11.1 of the receiving space 11, 11A, 11B, 11C and at least the thermally conductive low-adhesion contact area 18 of the at least one mosaic segment 14, 14A, 14B, 14C, 14D on an open side of the receiving space 11, 11A, 11B, 11C , which is opposite the bottom 11.1, partially protrudes from the receiving space 11, 11A, 11B, 11C.
  • the thermally conductive and elastic compensation element 16 of the at least one mosaic segment 14, 14A, 14B, 14C, 14D an inner surface of a floor 11.1 of the receiving space 11, 11A, 11B, 11C and at least the thermally conductive low-adhesion contact area 18 of the at least one mosaic segment 14, 14A, 14B, 14C, 14
  • 11A, 11B, 11C form a fixed first contact surface for a heat source 7 or for a heat sink 9, and the thermally conductive, low-adhesion contact area 18 of the at least one mosaic segment 14, 14A, 14B, 14C, 14D forms a flexible second contact surface for the heat sink 9 or for the heat source 7 off.
  • the at least one heat source 7 is thermally coupled to the housing 4 of the control unit 3 via a first thermal interface 8 .
  • the first thermal interface 8 can consist, for example, of thermally conductive materials 8A, which are also referred to as thermal interface materials (TIM).
  • TIM thermal interface materials
  • a so-called gap filler which is preferably made of a thermally conductive elastomer, is arranged as a TIM 8A between the heat source 7 and a recess 5.2 formed on the bottom 4 of the housing 4 and forms the first thermal cal Interface 8 off.
  • the receiving space 11, 11A, 11B, 11C of the at least one heat dissipation device 10, 10A, 10B, IOC, 10D, 10E in the illustrated exemplary embodiments is in this recess 5.2 in the base 5 of the housing 4 of the respective control unit 3, 3A, 3B.
  • the receiving space 11 of the at least one heat dissipation device 10 is formed in a recess which is formed in a surface of the cooling device 9A that faces the control device 3 .
  • the recess is placed on the cooling device 9A in such a way that it is arranged on the housing 4 of the control device 3 in the area of the first thermal interface 8 when the control device arrangement 1 is in the assembled state.
  • a second heat dissipation path WAP2 derives part of the heat generated by the at least one heat source 7 as radiant heat and as heat conduction via air molecules via the air gap LS into the cooling device 9A.
  • the heat dissipation device 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E forms a third heat dissipation path WAP3, which dissipates part of the heat generated by the at least one heat source 7 directly into the cooling device 9A.
  • the various embodiments of the heat dissipation device 10, 10A, 10B, IOC, 10D, 10E bridge the air gap LS between the control unit 3, 3A, 3B and the cooling device 9A in order to achieve better thermal conductivity.
  • the heat dissipation devices 10, 10A, 10B, IOC, 10D, 10E leave no residues on the cooling device 9A when the control unit 3, 3A, 3B is dismantled, which residues first have to be removed by laborious cleaning processes.
  • no heat-conducting materials have to be kept available when installing the replacement control unit.
  • the individual mosaic segments 14, 14A, 14B, 14C, 14D are permanently connected to the inner surface of the respective receiving space 11, 11A, 11B, 11C by a thermally conductive adhesive connection.
  • a thermally conductive adhesive connection This means that the thermally conductive and elastic compensating elements 16 are glued to the respective receiving space 11, 11A, 11B, 11C.
  • other suitable connection techniques can also be used to connect the individual mosaic segments 14, 14A, 14B, 14C,
  • the at least one mosaic segment 14A in the illustrated exemplary embodiments of the control device arrangements 1A, IE is designed in several parts.
  • the heat dissipation device 10A shown in FIG. 1 has only a single mosaic segment 14A
  • the heat dissipation device 10E shown in FIG. 6 has a plurality of mosaic segments 14A arranged next to one another.
  • the thermally conductive and elastic compensating element 16 of the illustrated mosaic segments 14A is designed as a gap filler 16A.
  • the thermally conductive low-adhesion contact area 18 of the illustrated mosaic segments 14A is designed as a small metal plate 18A which is bonded to the gap filler 16A.
  • the at least one mosaic segment 14B, 14C, 14D is designed in one piece in the illustrated exemplary embodiments of the control device arrangements 1B, IC, ID.
  • the in Fig. 2 to 4 shown heat dissipation devices 10B, IOC, 10D in each case only a single mosaic segment 14B, 14C, 14D.
  • the mosaic segment 14B shown comprises a plurality of spring elements 16B, which form the thermally conductive and elastic compensation element 16.
  • flattened spring ends 18B of the two spring elements 16B form the thermally conductive, low-adhesion contact area 18 .
  • the mosaic segment 14C shown is designed as a compressible, elastic metal foam part 16C, which forms the thermally conductive and elastic compensation element 16.
  • a contact surface 18C of the metal foam part 16C facing away from the bottom 11 of the receiving space 11 forms the thermally conductive, low-adhesion contact region 18 .
  • the illustrated mosaic segment 14D is designed as a compressible, elastic metal wool part 16D, which forms the thermally conductive and elastic compensation element 16.
  • a bearing surface 18C of the metal wool part 16D facing away from the bottom 11.1 of the receiving space 11 forms the thermally conductive contact region 18.
  • the at least one mosaic segment 14 is designed as a lamellar structure, which includes a plurality of lamellae protruding from a base plate, which form the thermally conductive and elastic compensation element 16.
  • the base plate rests against the inner surface of the bottom 11 of the receiving space 11 and is preferably bonded to the bottom 11.1 of the receiving space 11 via a thermally conductive adhesive connection.
  • the edges of the lamellae facing away from the base plate form the thermally conductive contact area 18 with low adhesion.
  • the at least one mosaic segment 14 is designed as a metal knob foil, which comprises a plurality of knobs protruding from a base area, which form the thermally conductive and elastic compensation element 16 .
  • the base of the Metal knob foil on the inner surface of the bottom 11.1 of the receiving space 11 and is preferably glued to the bottom 11.1 of the receiving space 11 via a thermally conductive adhesive bond.
  • the knobs facing away from the base plate form the thermally conductive, low-adhesion contact area 18 .
  • a first heat dissipation device 10E comprises twelve mosaic segments 14A, which are arranged in a first receiving space 11B and are used to dissipate the heat generated by a first electrical assembly 7B.
  • a second heat dissipation device 10F comprises six mosaic segments 14A, which are arranged in a second receiving space 11C and are used to dissipate the heat generated by a second electrical assembly 7C.
  • the heat dissipation device 10 is designed with a large number of mosaic segments 14 .
  • the mosaic segments 14 are distributed over the entire base 5 of the control unit 3, so that the control unit 3 is thermally connected to the cooling device 9A over a large area for heat dissipation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeableitvorrichtung (10) sowie eine Steuergeräteanordnung in einem Fahrzeug mit einer solchen Wärmeableitvorrichtung (10), welche einen an mindestens einer Seite offenen Aufnahmeraum (11) und mindestens ein in dem Aufnahmeraum (11) angeordnetes Mosaiksegment (14) umfasst, welches ein thermisch leitendes und elastisches Ausgleichselement (16) und einen thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich (18) umfasst, wobei das mindestens eine Mosaiksegment (14) so in dem Aufnahmeraum (11) angeordnet ist, dass das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement (16) des mindestens einen Mosaiksegments (14) an einer inneren Oberfläche eines Bodens (11.1) des Aufnahmeraums (11) anliegt und zumindest der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich (18) des mindestens einen Mosaiksegments (14) an einer offenen Seite des Aufnahmeraums (11), welche dem Boden (11) gegenüberliegt, teilweise aus dem Aufnahmeraum (11) übersteht, wobei eine äußere Oberfläche des Bodens (11.1) des Aufnahmeraums (11) eine feste erste Kontaktfläche für eine Wärmequelle (7) oder für eine Wärmesenke (9) ausbildet, und der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich (18) des mindestens einen Mosaiksegments (14) eine flexible zweite Kontaktfläche für die Wärmesenke (9) oder für die Wärmequelle (7) ausbildet.

Description

Beschreibung
Titel
Wärmeableitvorrichtung und Steuergeräteanordnung
Die Erfindung betrifft eine Wärmeableitvorrichtung, insbesondere für eine Steuer geräteanordnung in einem Fahrzeug. Zudem betrifft die Erfindung eine Steuerge räteanordnung, insbesondere für Fahrzeug, mit einer solchen Wärmeableitvor richtung.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Entwärmungstechnologien be kannt, um elektrische Baugruppen, wie beispielsweise Steuergeräte, Leistungs endstufen usw., oder einzelne elektrische Bauteile, wie beispielsweise Leistungs halbleiter, Mikrocontroller usw., in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu betreiben. Hierbei hat die thermische Anbindung der Komponenten als Wärme quellen an eine Wärmesenke, wie beispielsweise eine Kühlvorrichtung, einen ho hen Einfluss. Bei einer in Fig. 7 dargestellten Steuergeräteanordnung 100 mit ei nem Steuergerät 3, welches ein Gehäuse 4 und mindestens eine innerhalb des Gehäuses 4 angeordnete Wärmequelle 7, wie beispielsweise eine auf einer Lei terplatte 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 beispiels weise aus Wärmeleitmaterialen 8A bestehen, die auch als thermische Interface materialien (TIM) bezeichnet werden. So kann beispielsweise ein so genannter Gap-Filler, welcher vorzugsweise aus einem thermisch leitenden Elastomer be steht, als TIM 8A zwischen der Wärmequelle 7 und einem am Boden 4 des Ge häuses 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 Mon tage des Steuergeräts 3 auf der Kühlvorrichtung 9A, abgesehen von den weni gen Auflagepunkten an den korrespondierenden Befestigungsbereichen, ein Luft spalt LS, der eine gute Entwärmung aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit verhindert. Wie aus Fig. 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 Befesti gungsbereiche 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 be kannt, zur Überbrückung des Luftspalts LS Wärmeleitmaterialen, wie beispiels weise Wärmleitpasten oder Gap-Filler zu verwenden, um auch zwischen dem Steuergerät 3 und der Kühlvorrichtung 9A eine bessere Wärmeleitfähigkeit zu er zielen. Eine solche Lösung verhindert aber einen einfachen Austausch des Steu ergeräts 3, da bei der Demontage des Steuergeräts 3 Rückstände des verwen deten Wärmeleitmaterials auf der Kühlvorrichtung 9A verbleiben, welche erst durch Reinigungsprozesse aufwändig entfernt werden müssen. Außerdem müs sen bei der Montage des Austauschsteuergeräts entsprechende Wärmeleitmate rialen vorgehalten und eine anspruchsvolle und schwer zu überprüfende blasen freie Aufbringung umgesetzt werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Wärmeableitvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentan spruchs 1 und die Steuergeräteanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11 haben jeweils den Vorteil, dass Unebenheiten zwischen ei ner 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 ei nen guten Wärmeübertrag aufweisen. Des Weiteren kann sich eine hohe Robust heit gegenüber Verschmutzung ergeben, da einzelne Schmutzpartikel im Luft spalt 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 beispiels weise als Volumenausgleich für ein Klebermedium dienen, welches die Mosaik segmente im korrespondierenden Aufnahmeraum hält. Durch den verbesserten Wärmeübertrag kann die Lebensdauer der elektrischen Bauelemente als Wärme quellen verlängert werden. Zudem können günstigere Werkstoffe mit schlechte ren Wärmeleiteigenschaften für das Gehäuse verwendet werden. Des Weiteren können aufgrund erweiterter Toleranzfelder günstigere Herstellverfahren einge setzt werden. Durch die thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereiche der einzelnen Mosaiksegmente können diese einfach wieder von der korrespon dierenden Oberfläche der Wärmesenke oder der Wärmequelle abgehoben wer den.
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung erlauben es, Unebenheitstoleranzen zu einer Kühlfläche auszugleichen und einen guten Wärmeübertrag auch bei Unebenheiten der Oberflächen und bei Partikeln zwi schen den Oberflächen aufzunehmen, ohne dass ein bleibender Luftspalt zwi schen der Wärmequelle und der Kühlvorrichtung entsteht.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Wärmeableitvorrich tung, insbesondere für eine Steuergeräteanordnung in einem Fahrzeug, mit ei nem 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 lei tenden adhäsionsarmen Kontaktbereich umfasst. Das mindestens eine Mosaik segment ist so in dem Aufnahmeraum angeordnet, dass das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement des mindestens einen Mosaiksegments an ei ner inneren Oberfläche eines Bodens des Aufnahmeraums anliegt und zumin dest der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich des mindestens ei nen Mosaiksegments an einer offenen Seite des Aufnahmeraums, welche dem Boden gegenüberliegt, teilweise aus dem Aufnahmeraum übersteht. Hierbei bil det 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.
Zudem wird eine Steuergeräteanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit ei nem Steuergerät, welches ein Gehäuse und mindestens eine innerhalb des Ge häuses 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 ge koppelt ist. Zwischen dem Steuergerät und der Kühlvorrichtung ist mindestens eine erfindungsgemäße Wärmeableitvorrichtung angeordnet, welche eine zweite thermische Schnittstelle zwischen dem Gehäuse und der Kühlvorrichtung ausbil det und von der mindestens einen Wärmequelle erzeugte Wärme an die Kühlvor richtung ableitet. Hierbei erfolgt eine direkte Wärmeableitung der von der mindes tens einen Wärmequelle erzeugten Wärme über die erste thermische Schnitt stelle, über das Gehäuse des Steuergeräts und über das die zweite thermische Schnittstelle ausbildende mindestens eine Mosaiksegment in die Kühlvorrich tung.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiter bildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentan spruch 1 angegebenen Wärmeableitvorrichtung und der im unabhängigen Pa tentanspruch 11 angegebenen Steuergeräteanordnung möglich.
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.
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 bei spielsweise 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 zwi schen 5 und 20mm und eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 1,5mm aufweisen. Da her ergibt sich eine hohe geometrische Freiheit, so dass die Metallplättchen in Geometrie und Materialauswahl und Flächenanteil der einzelnen Mosaikseg mente an einer gesamten Kühlfläche einfach an die Anforderungen angepasst werden können. Die Metallplättchen können beispielsweise aus Aluminium, Kup fer, Stahl oder einem anderen geeigneten Metall gefertigt werden. Da der Gap- Filler von den einzelnen Metallplättchen weitgehend abgedeckt wird und kein Ad häsionsaufbau zwischen Metallen entsteht, kann der thermisch leitende adhäsi onsarme Kontaktbereich leicht von einer metallischen Oberfläche einer Kühlvor richtung oder eines Steuergerätegehäuses entfernt werden. So kann beispiels weise für mehrere Metallplättchen ein Gap-Filler großflächig mit der inneren Oberfläche des Aufnahmeraums verklebt werden. Anschließend können die ein zelnen Metallplättchen der Mosaiksegmente mit dem aufgebrachten Gap-Filler verklebt werden. Das bedeutet, dass mehrere Mosaiksegmente ein gemeinsa mes thermisch leitendes und elastisches Ausgleichselement aufweisen können.
In alternativer Ausgestaltung der Wärmeableitvorrichtung kann das mindestens eine Mosaiksegment einteilig ausgeführt sein. So kann das mindestens eine Mo saiksegment mindestens ein Federelement umfassen, welches das thermisch lei tende und elastische Ausgleichselement ausbildet. Hierbei kann ein Federende des mindestens einen Federelements den thermisch leitenden adhäsionsarme Kontaktbereich ausbilden. Das mindestens eine Federelement kann beispiels weise 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 Adhäsions aufbau entsteht, kann der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich leicht wieder von der korrespondierenden Oberfläche entfernt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Wärmeableitvorrichtung kann das min destens eine Mosaiksegment als Metallschaumteil ausgeführt sein, welches das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement ausbildet. Hierbei kann eine dem Boden des Aufnahmeraums abgewandte Auflagefläche des Metall schaumteils den thermisch leitenden adhäsionsarme Kontaktbereich ausbilden. Das Metallschaumteil kann beispielsweise aus Kupfer oder einem anderen ge eigneten Metall gefertigt werden und mit der inneren Oberfläche des Aufnahme raums 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 Metallwol leteils den thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich ausbilden. Das Metallwolleteil kann beispielsweise aus Kupfer, Stahl oder einem anderen geeig neten Metall gefertigt werden und mit der inneren Oberfläche des Aufnahme raums verklebt, verschweißt oder verlötet sein. Da zwischen dem Metallschaum teil bzw. dem Metallwolleteil und der metallischen Oberfläche der Kühlvorrichtung oder des Steuergerätegehäuses kein Adhäsionsaufbau entsteht, kann der kor respondierende thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich leicht wieder von der korrespondierenden Oberfläche entfernt werden.
In weiterer alternativer Ausgestaltung der Wärmeableitvorrichtung kann das min destens eine Mosaiksegment als Metalllamellenstruktur ausgeführt sein, welche auch als „Skived Fins“ bezeichnet wird und mehrere von einer Grundplatte abste hende Lamellen umfasst, welche das thermisch leitende und elastische Aus gleichselement ausbilden. Hierbei kann die Grundplatte an der inneren Oberflä che des Bodens des Aufnahmeraums anliegen und die der Grundplatte abge wandten Ränder der Lamellen können den thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich ausbilden. Als weiter Alternative kann das mindestens eine Mo saiksegment 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 Kontakt bereich ausbilden.
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 ausgebil det sein. Dadurch kann beispielsweise eine metallische Grundfläche eines Leis tungsmoduls thermisch großflächig an die korrespondierende Oberfläche der Kühlvorrichtung angebunden werden. Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise eine Metallplatte mit Wasserkühlung aufweisen. Alternativ können mehrere Wär- meableitvorrichtungen 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.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Steuergeräteanordnung kann der Auf nahmeraum 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 Wär meableitvorrichtung 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.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuergeräteanordnung, insbe sondere in einem Fahrzeug, mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines zwei ten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuergeräteanordnung, ins besondere in einem Fahrzeug, mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer er findungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung. Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuergeräteanordnung, insbe sondere in einem Fahrzeug, mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung.
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuergeräteanordnung, insbe sondere in einem Fahrzeug, mit einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Bodens eines Gehäuses eines Steuergeräts für eine erfindungsgemäße Steuergeräteanordnung.
Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuergeräteanordnung, insbe sondere in einem Fahrzeug, mit einem fünften Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung und dem Steuergerät aus Fig. 5.
Fig. 7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Steuergeräteanordnung, insbesondere in einem Fahrzeug, ohne erfindungsgemäße Wärmeableitvorrich tung.
Ausführungsformen der Erfindung
Wie aus Fig. 1 bis 6 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbei spiele einer erfindungsgemäßen Steuergeräteanordnungen 1, 1A, 1B, IC, ID, IE, 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 Wärme senke 9. Das Steuergerät 3, 3A, 3B ist lösbar mit der Kühlvorrichtung 9A verbun den. Die mindestens eine Wärmequelle 7 ist über eine erste thermische Schnitt stelle 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, IOC, 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 er folgt über die mindestens eine Wärmeableitvorrichtung 10, 10A, 10B, IOC, 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.
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.
Wie aus Fig. 1 bis 6 weiter ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausfüh rungsbeispiele der erfindungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung 10, 10A, 10B, IOC, 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 Mosaikseg ment 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 gegen überliegt, teilweise aus dem Aufnahmeraum 11, 11A, 11B, 11C übersteht. Hier bei 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 Kontaktbe reich 18 des mindestens einen Mosaiksegments 14, 14A, 14B, 14C, 14D bildet eine flexible zweite Kontaktfläche für die Wärmesenke 9 oder für die Wärme quelle 7 aus. Wie aus Fig. 1 bis 6 weiter ersichtlich ist, bildet eine auf einer Leiterplatte 6 ange ordnete elektrische Baugruppe 7A, 7B, 7C, welche beispielsweise als Leistungs halbleiter, 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 be steht, als TIM 8A zwischen der Wärmequelle 7 und einer am Boden 4 des Ge häuses 4 ausgebildeten Vertiefung 5.2 angeordnet und bildet die erste thermi sche Schnittstelle 8 aus. Hierbei ist der Aufnahmeraum 11, 11A, 11B, 11C der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung 10, 10A, 10B, IOC, 10D, 10E in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils in dieser Vertiefung 5.2 im Boden 5 des Gehäuses 4 des jeweiligen Steuergeräts 3, 3A, 3B.
Bei alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der Steuergerätean ordnungen 1 ist der Aufnahmeraum 11 der mindestens einen Wärmeableitvor richtung 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 Zu stand der Steuergeräteanordnung 1 im Bereich der ersten thermischen Schnitt stelle 8 am Gehäuses 4 des Steuergeräts 3 angeordnet ist.
Wie aus Fig. 1 bis 4 und Fig. 6 weiter ersichtlich ist, verteilt sich ein Wärmeableit- pfad 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 ab leitet. Ein zweiter Wärmeableitpfad WAP2 leitet einen Teil der von der mindes tens einen Wärmequelle 7 erzeugte Wärme als Strahlungswärme und als Wär meleitung 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 Ausfüh rungsformen der Wärmeableitvorrichtung 10, 10A, 10B, IOC, 10D, 10E den Luft spalt LS zwischen dem Steuergerät 3, 3A, 3B und der Kühlvorrichtung 9A, um eine bessere Wärmeleitfähigkeit zu erzielen. Hierbei hinterlassen die Wärmeab- leitvorrichtungen 10, 10A, 10B, IOC, 10D, 10E bei der Demontage des Steuerge räts 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.
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 Aus gleichselemente 16 mit dem jeweiligen Aufnahmeraum 11, 11A, 11B, 11C ver klebt sind. Selbstverständlich können auch andere geeignete Verbindungstechni ken 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.
Wie aus Fig. 1 und 6 weiter ersichtlich ist, ist das mindestens eine Mosaikseg ment 14A in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Steuergeräteanordnun gen 1A, IE mehrteilig ausgeführt. Hierbei weist die in Fig. 1 dargestellte Wärme ableitvorrichtung 10A nur ein einziges Mosaiksegment 14A auf, und die in Fig. 6 dargestellte Wärmeableitvorrichtung 10E weist mehrere nebeneinander angeord nete Mosaiksegmente 14A auf. Das thermisch leitende und elastische Ausgleich selement 16 der dargestellten Mosaiksegmente 14A ist jeweils als Gap-Filler 16A ausgeführt. Der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich 18 der darge stellten Mosaiksegmente 14A ist als Metallplättchen 18A ausgeführt, welches mit dem Gap-Filler 16A verklebt ist.
Wie aus Fig. 2 bis 4 weiter ersichtlich ist, ist das mindestens eine Mosaiksegment 14B, 14C, 14D in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Steuergerätean ordnungen 1B, IC, ID einteilig ausgeführt. Hierbei weisen die in Fig. 2 bis 4 dargestellten Wärmeableitvorrichtungen 10B, IOC, 10D jeweils nur ein einziges Mosaiksegment 14B, 14C, 14D auf.
Wie aus Fig. 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 Kontaktbe reich 18 aus.
Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, ist das dargestellte Mosaiksegment 14C als komprimierbares elastisches Metallschaumteil 16C ausgeführt, welches das ther misch leitende und elastische Ausgleichselement 16 ausbildet. Hierbei bildet eine dem Boden 11 des Aufnahmeraums 11 abgewandte Auflagefläche 18C des Me tallschaumteils 16C den thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich 18 aus.
Wie aus Fig. 4 weiter ersichtlich ist, ist das dargestellte Mosaiksegment 14D als komprimierbares elastisches Metallwolleteil 16D ausgeführt, welches das ther misch 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.
Bei einem nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel der Wärmeableit- vorrichtung 10 ist das mindestens eine Mosaiksegment 14 als Lamellenstruktur ausgeführt, welches mehrere von einer Grundplatte abstehende Lamellen um fasst, welche das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement 16 ausbil den. Hierbei liegt die Grundplatte an der inneren Oberfläche des Bodens 11 des Aufnahmeraums 11 an und ist vorzugsweise über eine thermisch leitende Klebe verbindung mit dem Boden 11.1 des Aufnahmeraums 11 verklebt. Die der Grund platte abgewandten Ränder der Lamellen bilden den thermisch leitenden adhäsi onsarmen Kontaktbereich 18 aus. Bei einem weiteren nicht dargestellten alterna tiven 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 Aufnahme raums 11 an und ist vorzugsweise über eine thermisch leitende Klebeverbindung mit dem Boden 11.1 des Aufnahmeraums 11 verklebt. Die der Grundplatte abge wandten Noppen bilden den thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich 18 aus.
Wie aus Fig. 5 weiter ersichtlich ist, sind bei dem dargestellten Ausführungsbei spiel 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 an geordnet 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 Bau- gruppe 7C erzeugten Wärme verwendet werden.
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 groß flächig an die Kühlvorrichtung 9A angebunden ist.

Claims

Ansprüche
1. Wärmeableitvorrichtung (10), insbesondere für eine Steuergeräteanord nung (1) in einem Fahrzeug, mit einem an mindestens einer Seite offe nen Aufnahmeraum (11) und mindestens einem in dem Aufnahmeraum (11) angeordneten Mosaiksegment (14), welches ein thermisch leitendes und elastisches Ausgleichselement (16) und einen thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich (18) umfasst, wobei das mindestens eine Mosaiksegment (14) so in dem Aufnahmeraum (11) angeordnet ist, dass das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement (16) des mindestens einen Mosaiksegments (14) an einer inneren Oberfläche ei nes Bodens (11.1) des Aufnahmeraums (11) anliegt und zumindest der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich (18) des mindestens einen Mosaiksegments (14) an einer offenen Seite des Aufnahmeraums (11), welche dem Boden (11.1) gegenüberliegt, teilweise aus dem Auf nahmeraum (11) übersteht, wobei eine äußere Oberfläche des Bodens (11.1) des Aufnahmeraums (11) eine feste erste Kontaktfläche für eine Wärmequelle (7) oder für eine Wärmesenke (9) ausbildet, und der ther misch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich (18) des mindestens ei nen Mosaiksegments (14) eine flexible zweite Kontaktfläche für die Wär mesenke (9) oder für die Wärmequelle (7) ausbildet.
2. Wärmeableitvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mosaiksegment (14) unlösbar mit der inneren Oberfläche des Aufnahmeraums (11) verbunden ist.
3. Wärmeableitvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass das mindestens eine Mosaiksegment (14) mehrteilig aus geführt ist.
4. Wärmeableitvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement (16) des mindestens einen Mosaiksegments (14) als Gap-Filler (16A) und der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich (18) des mindestens einen Mosaiksegments (14) als Metallplättchen (18A) ausgeführt ist, wel ches mit dem Gap-Filler (16A) verklebt ist.
5. Wärmeableitvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass das mindestens eine Mosaiksegment (14) einteilig ausge führt ist.
6. Wärmeableitvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mosaiksegment (14) mindestens ein Fe derelement (16B) umfasst, welches das thermisch leitende und elasti sche Ausgleichselement (16) ausbildet, wobei ein Federende (18B) des mindestens einen Federelements (16B) den thermisch leitenden adhäsi onsarmen Kontaktbereich (18) ausbildet.
7. Wärmeableitvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mosaiksegment (14) als Metallschaumteil (16C) ausgeführt ist, welches das thermisch leitende und elastische Aus gleichselement (16) ausbildet, wobei eine dem Boden (11) des Aufnah meraums (11) abgewandte Auflagefläche (18C) des Metallschaumteils (16C) den thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich (18) ausbildet.
8. Wärmeableitvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mosaiksegment (14) als Metallwolleteil (16D) ausgeführt ist, welches das thermisch leitende und elastische Ausgleich selement (16) ausbildet, wobei eine dem Boden (11) des Aufnahme raums (11) abgewandte Auflagefläche (18C) des Metallwolleteils (16D) den thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich (18) ausbildet.
9. Wärmeableitvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mosaiksegment (14) als Lamellenstruktur ausgeführt ist, welches mehrere von einer Grundplatte abstehende La mellen umfasst, welche das thermisch leitende und elastische Aus gleichselement (16) ausbilden, wobei die Grundplatte an der inneren Oberfläche des Bodens (11) des Aufnahmeraums (11) anliegt und die der Grundplatte abgewandten Ränder der Lamellen den thermisch lei tenden adhäsionsarmen Kontaktbereich (18) ausbilden.
10. Wärmeableitvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mosaiksegment (14) als Metallnoppenfolie ausgeführt ist, welches mehrere von einer Grundfläche abstehende Nop pen umfasst, welche das thermisch leitende und elastische Ausgleich selement (16) ausbilden, wobei die Grundfläche der Metallnoppenfolie an der inneren Oberfläche des Bodens (11) des Aufnahmeraums (11) anliegt und die der Grundplatte abgewandten Noppen den thermisch lei tenden adhäsionsarmen Kontaktbereich (18) ausbilden.
11. Steuergeräteanordnung (1), insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Steuergerät (3), welches ein Gehäuse (4) und mindestens eine inner halb des Gehäuses (4) angeordnete Wärmequelle (7) umfasst, und mit einer als Kühlvorrichtung (9A) ausgeführten Wärmesenke (9), wobei das Steuergerät (3) lösbar mit der Kühlvorrichtung (9A) verbunden ist, wobei die mindestens eine Wärmequelle (7) über eine erste thermische Schnittstelle (8) thermisch mit dem Gehäuse (4) des Steuergeräts (3) gekoppelt ist, wobei zwischen dem Steuergerät (3) und der Kühlvorrich tung (9A) mindestens eine Wärmeableitvorrichtung (10) angeordnet ist, welche eine zweite thermische Schnittstelle (12) zwischen dem Gehäuse (4) und der Kühlvorrichtung (9A) ausbildet und von der mindestens ei nen Wärmequelle (7) erzeugte Wärme an die Kühlvorrichtung (9A) ablei tet, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wärmeableitvor richtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgeführt ist, so dass eine direkte Wärmeableitung der von der mindestens einen Wärme quelle (7) erzeugten Wärme über die erste thermische Schnittstelle (8), über das Gehäuse (4) des Steuergeräts (3) und über das die zweite thermische Schnittstelle (12) ausbildende mindestens eine Mosaikseg ment (14) in die Kühlvorrichtung (9) erfolgt.
12. Steuergeräteanordnung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wärmeableitvorrichtung (10) eine Mehrzahl von Mosaiksegmenten (14) aufweist und großflächig am Gehäuse des Steuergeräts (3) oder an der Kühlvorrichtung (9) ausgebildet ist.
13. Steuergeräteanordnung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Wärmeableitvorrichtungen (10) partiell verteilt am
Gehäuse des Steuergeräts (3) oder an der Kühlvorrichtung (9) ausgebil det sind.
14. Steuergeräteanordnung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (11) der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung (10) in einer Vertiefung (5.2) im Bereich der ersten thermischen Schnittstelle (8) des Gehäuses (4) des Steuerge räts (3) ausgebildet ist.
15. Steuergeräteanordnung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (11) der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung (10) in einer Vertiefung (5.2) in einer dem Steuergerät (3) zugewandten Oberfläche der Kühlvorrichtung (9A) aus gebildet ist, welche 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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