DE102024200429A1

DE102024200429A1 - Kühlsystem, Steuergerät und Verfahren zum Kühlen einer elektronischen Einheit

Info

Publication number: DE102024200429A1
Application number: DE102024200429.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Kirschner; Rainer Schittenhelm; Ursula Bartenschlager
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-01-17
Filing date: 2024-01-17
Publication date: 2025-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem. Das Kühlsystem weist wenigstens eine elektronische Einheit, insbesondere eine Steuereinheit, auf. Die elektronische Einheit weist wenigstens einen Schaltungsträger auf. Das Kühlsystem weist ein Gehäuse auf, welches ausgebildet ist, wenigstens zwei elektronische Einheiten zueinander beabstandet, insbesondere parallel zueinander aufzunehmen. Das Gehäuse weist für wenigstens eine oder für alle der elektronischen Einheiten an zwei zueinander gegenüberliegenden Gehäusewänden ausgebildete Tragschienen auf, welche ausgebildet sind, die elektronische Einheit zu halten, und von der elektronischen Einheit Verlustwärme aufzunehmen und abzuführen. Die Tragschiene des Kühlsystems weist eine Koppelfläche auf, wobei die Koppelfläche eine topografische, insbesondere räumliche Struktur aufweist. Die Struktur ist mit wenigstens einer Querkomponente zur flachen Erstreckung der Tragschiene ausgebildet. Die elektronische Einheit weist eine Wärmekontaktfläche mit einer zu der Tragschiene komplementären Struktur auf, wobei die komplementäre Struktur zum formschlüssigen Eingriff mit der Tragschiene ausgebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem. Das Kühlsystem weist wenigstens eine elektronische Einheit, insbesondere eine Steuereinheit, auf. Die elektronische Einheit weist wenigstens einen Schaltungsträger auf. Das Kühlsystem weist ein Gehäuse auf, welches ausgebildet ist, wenigstens zwei elektronische Einheiten zueinander beabstandet, insbesondere parallel zueinander aufzunehmen. Das Gehäuse weist für wenigstens eine oder für alle der elektronischen Einheiten an zwei zueinander gegenüberliegenden Gehäusewänden ausgebildete Tragschienen auf, welche ausgebildet sind, die elektronische Einheit zu halten, und von der elektronischen Einheit Verlustwärme aufzunehmen und abzuführen.
Aus der DE 10 2021 203 652 A1 ist eine Elektronikbaugruppe für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche zumindest eine Elektronikeinheit mit mindestens einem Elektronikbauteil und einem Gehäuse umfasst, wobei das Elektronikbauteil mit dem Gehäuse in wärmeleitender Verbindung steht.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß weist die Tragschiene des Kühlsystems der eingangs genannten Art eine Koppelfläche auf, wobei die Koppelfläche eine topografische, insbesondere räumliche Struktur aufweist. Die Struktur ist mit wenigstens einer Querkomponente zur flachen Erstreckung der Tragschiene ausgebildet. Die elektronische Einheit weist eine Wärmekontaktfläche mit einer zu der Tragschiene komplementären Struktur auf, wobei die komplementäre Struktur zum formschlüssigen Eingriff mit der Tragschiene ausgebildet ist.
Vorteilhaft kann so eine Wärmekontaktfläche von der elektronischen Einheit zu dem Gehäuse hin mit einem geringen Wärmeübergangswiderstand ausgebildet sein.
Bevorzugt weist die topografische Struktur sich von der Tragschiene erstreckende Vorsprünge auf, welche mit in der elektronischen Einheit entsprechend zu den Vorsprüngen gebildeten Vertiefungen zur Wärmeübertragung zusammengefügt werden können.
Vorteilhaft kann so durch die - sich insbesondere in drei Dimensionen erstreckenden - Vorsprünge eine Oberflächenvergrößerung der Wärmekontaktfläche zu dem Gehäuse hin gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die topografische Struktur durch sich entlang der Tragschiene längs erstreckende, zueinander beabstandete Stege gebildet. Vorteilhaft kann die elektronische Einheit so mittels einer Translationsbewegung in das Gehäuse eingeschoben werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen zwei zueinander benachbarten Stegen eine Rinne ausgebildet. Bevorzugt weist die elektronische Einheit einen zu der Rinne komplementär ausgebildeten Steg auf, welcher zum wärmeleitenden Eingriff in die Rinne ausgebildet ist. Vorteilhaft kann so die Wärmekontaktfläche zu dem Gehäuse hin aufwandsgünstig mit einem kleinen Wärmeübergangswiderstand ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse wenigstens ein Andruckelement auf, wobei das Andruckelement ausgebildet und angeordnet ist, die elektronische Einheit gegen die Tragschiene zu pressen. Vorteilhaft kann so der Wärmeübergangswiderstand von der elektronischen Einheit zu dem Gehäuse, insbesondere zu der Tragschiene hin, kleiner ausgebildet sein. Das Andruckelement ist bevorzugt durch ein Federelement, oder ein Spannelement gebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Kühlsystems weist die Struktur wenigstens eine von der Tragschiene abweisende Pyramide, oder abweisende Pyramiden auf. Weiter bevorzugt sind an der elektronischen Einheit zu der an der Tragschiene gebildeten Pyramidenstruktur komplementäre Pyramiden ausgebildet. Auf diese Weise kann die elektronische Einheit in einer vorbestimmten Position aufwandsgünstig mit der Tragschiene wärmeleitfähig gekoppelt werden. Weiter vorteilhaft kann so ein Wärmeübergangswiderstand von der elektronischen Einheit zu einander gegenüberliegenden, an einander gegenüberliegenden Wänden des Gehäuses ausgebildeten Tragschienen jeweils gleich ausgebildet sein.
Es wurde nämlich erkannt, dass bei Einschubgehäusen eine zum Einschieben der elektronischen Einheit gebildete Gehäuseöffnung ein vorbestimmtes Untermaß, insbesondere einen Spalt zu umliegenden Gehäusewänden hin - aufweisen kann, um ein Einschieben der elektronischen Einheit in das Gehäuse zu erleichtern. Dieses Untermaß kann jedoch dazu führen, dass die elektronische Einheit auf den einander gegenüberliegenden Tragschienen nicht mit dem gleichen Wärmekontaktflächenmaß aufliegt. Dadurch ist ein Wärmeübergangswiderstand zu der einen oder anderen Tragschiene hin verschieden ausgebildet. Vorteilhaft kann mittels der Struktur, insbesondere mittels den Stegen oder den Pyramiden, eine selbstzentrierende Struktur zur Positionierung der elektronischen Einheit in dem Gehäuse gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Kühlsystems ist die an der Tragschiene gebildete Struktur durch Zapfen gebildet, oder die Struktur weist Zapfen auf. Die Zapfen sind beispielsweise zylinderförmige Zapfen, oder quaderförmige Zapfen. Die elektronische Einheit weist an der Wärmekontaktfläche bevorzugt zu den Zapfen komplementäre Ausnehmungen auf, sodass die Zapfen in die Ausnehmungen eingreifen können.
Die Zapfen sind bevorzugt von der Tragschiene abweisend verjüngt ausgebildet. Vorteilhaft kann so ein Einfügen der elektronischen Einheit in die Zapfenstruktur erleichtert werden.
Vorteilhaft kann mit der Zapfenstruktur sowohl ein kleiner Wärmeübergangswiderstand zwischen der elektronischen Einheit und dem Gehäuse gebildet sein, als auch eine Positionierungshilfe für die elektronische Einheit gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Kühlsystems ist zwischen den zueinander gegenüberliegenden Tragschienen gebildeten, zueinander beabstandeten Tragebenen eine Abschirmwand gebildet. Die Abschirmwand ist bevorzugt durch ein Abschirmblech gebildet. Vorteilhaft kann so zwischen den elektronischen Einheiten eine EMV (EMV = Elektro-Magnetische-Verträglichkeit) gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind an einer zu den Tragschienen quer verlaufenden Gehäusewand elektrische Steckanschlüsse zum elektrischen Kontaktieren der wenigstens einen elektronischen Einheit ausgebildet. Vorteilhaft kann das Gehäuse so ein Einschubgehäuse zum Aufnehmen mehrerer elektronischen Einheiten, beispielsweise mehr als zwei, mehr als drei, mehr als vier oder mehr als fünf elektronische Einheiten bilden. Das Gehäuse kann so ein modular ausgebildetes Steuergerät bilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gehäusewand zusammen mit den Steckanschlüssen mit dem Gehäuse trennbar verbunden. Die trennbare Verbindung ist beispielsweise eine Schraubverbindung. Vorteilhaft können so die elektronischen Einheiten - insbesondere in der Ausführungsform mit den Zapfen oder Pyramiden als Struktur - in das Gehäuse eingeführt werden, und auf die Struktur zum formschlüssigen Eingriff in die Struktur abgesenkt werden. Nachdem die elektronischen Einheiten in dem Gehäuse positioniert und aufgenommen sind, kann die Gehäusewand mit den Steckverbindungen auf - insbesondere entsprechend komplementär ausgebildete Steckverbindungen an den elektronischen Einheiten - auf die elektronischen Einheiten aufgesteckt werden. Das Gehäuse ist dann so zumindest von der Seite mit den Steckanschlüssen her verschlossen. Das Gehäuse kann anschließend im Bereich einer Öffnung, durch welche die elektronischen Einheiten in das Gehäuse eingeführt werden können, mittels eines Verschlusselements, insbesondere Deckels, verschlossen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse im Bereich der Tragschiene wenigstens einen Fluidkanal auf, welcher ausgebildet ist, mindestens mittelbar Wärme von der Tragschiene abzuführen. Der Fluidkanal ist bevorzugt in einer mit der Tragschiene verbundenen Gehäusewand des Gehäuses ausgebildet. Vorteilhaft kann so die Verlustwärme von den elektronischen Einheiten aufwandsgünstig abgeführt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Steuergerät mit einem Kühlsystem der vorbeschriebenen Art. Bei dem Steuergerät weist die elektronische Einheit eine Verarbeitungseinheit auf, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, eine Fahrerassistenzfunktion, beispielsweise ein autonomes Fahren eines Fahrzeugs, zu unterstützen oder auszuführen. Die Verarbeitungseinheit ist bevorzugt ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, ein SIP (SIP = System in Package) oder ein ASIC (ASIC = Application-Specific-Integrated-Cicuit). Vorteilhaft kann das Steuergerät so als kompaktes Modul mit elektronischen Einheiten gebildet sein, welche aufwandsgünstig einen kleinen Wärmeübergangswiderstand zu dem Gehäuse, insbesondere zu dem Fluidkanal hin aufweisen, wodurch insbesondere vorteilhaft eine lange Standzeit und eine hohe Zuverlässigkeit des Steuergerät gebildet sein kann.
Die Verarbeitungseinheit ist bevorzugt ausgebildet, zur Unterstützung und/oder Ausführung eines autonomen Fahrens eines Fahrzeugs ein Umweltsignal oder Fahrzeugsignal zu empfangen, und in Abhängigkeit der empfangenen Signale Steuersignale zum Führen des Fahrzeugs zu erzeugen. Ein Umweltsignal kann ein Bildsignal einer Fahrzeugumgebung sein, oder ein Wettersignal oder ein einen Fahrbahnzustand repräsentierendes Signal. Ein Fahrzeugsignal kann ein das Fahrzeug betreffendes Geschwindigkeitssignal, ein Lagesignal, ein Beschleunigungssignal oder ein ein Fahrzeugpositionssignal.
Die Verarbeitungseinheit weist bevorzugt ein neuronales Netz auf und/oder ist zur Signalverarbeitung mittels Künstlicher Intelligenz ausgebildet.
Bevorzugt ist das Steuergerät ausgebildet, eine Kühlleistung der über die Tragschienen abgeführten Verlustwärme zu steuern, und dazu einen in einer Gehäusewand fließenden Fluidkreislauf in Abhängigkeit der Verlustleistung der elektronischen Einheiten nur eine oder beide mit den Tragschienen wärmeleitfähig verbundenen Gehäusewände zum Kühlen zu aktivieren. Vorteilhaft kann so ein redundantes Kühlsystem gebildet sein, bei dem beispielsweise zum Normalbetrieb nur eine Gehäusewand Verlustwärme über die mit dieser verbundenen Tragschienen abführt, und bei erhöhter Rechenleistung beide Gehäusewände Verlustwärme abführen können. In einem Notbetrieb kann eine im Normalbetrieb nicht genutzte Gehäusewand als Redundantes Kühlsystem die elektronischen Einheiten kühlen. Auf diese Weise kann das Steuergerät zum automomen Fahren eine erhöhte Betriebssicherheit mittels der zueinander gegenüberliegenden Tragschienenpfade zur Verlustwärmeabfuhr bewirken.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Abführen von Verlustwärme von einer elektronischen Einheit, insbesondere mittels eines Kühlsystems der voebeschriebenen Art. Bei dem Verfahren wird die Verlustwärme von einem Leistungshalbleiter lateral entlang einer elektronischen Einheit, insbesondere eines Schaltungsträgers geführt, und im Bereich eines Schaltungsträgerrandes mittels eines verzahnten Eingriffs zu einer Tragschiene hin, in die Tragschiene geleitet. Bei dem Verfahren wird die Verlustwärme weiter von der Tragschiene zu einem fluidführenden Kühlkanal geleitet. Vorteilhaft kann mittels des verzahnten Eingriffs, welcher beispielsweise durch die zuvor erwähnte Struktur, insbesondere Pyramidenstruktur oder Zapfenstruktur, oder durch die Stege gebildet ist, ein geringer Wärmeübergangswiderstand zwischen der elektronischen Einheit und der Tragschiene gebildet sein.
Die Stege weisen bevorzugt einen rechteckigen, einen dreieckförmigen, einen runden, insbesondere halbrunden, oder einen trapezförmigen Querschnitt auf.
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen erläutert. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus einer Kombination der in den Figuren und in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Steuergerät, das zum Einschieben in ein Gehäuse des Steuergeräts ausgebildete elektronische Einheiten aufweist, welche jeweils mittels einer topografischen Struktur verzahnend an das Gehäuse wärmeleitfähig angekoppelt sind;
2 zeigt das in 1 gezeigte Steuergerät in einer Aufsicht auf eine Einschuböffnung zum Einführen der elektronischen Einheiten;
3 zeigt eine topografische Struktur mit dreieckförmigen Stegen zum verzahnten Eingriff einer elektronischen Einheit in eine Tragschiene des Gehäuses;
4 zeigt eine topografische Struktur mit halbrunden Stegen zum verzahnten Eingriff einer elektronischen Einheit in eine Tragschiene des Gehäuses;
5 zeigt eine topografische Struktur mit trapezförmigen Stegen zum verzahnten Eingriff einer elektronischen Einheit in eine Tragschiene des Gehäuses.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Steuergerät 1. Das Steuergerät 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches einen Hohlraum zum Aufnehmen der elektronischen Einheiten umschließt. Das Gehäuse 2 weist eine mit dem Gehäuse 2 trennbar verbundene, insbesondere mittels einer Schraubverbindung 22 verbundene Gehäusewand 3 auf, an welcher elektrische Steckverbindungen ausgebildet sind, von denen eine elektrische Steckverbindung 20 beispielhaft bezeichnet ist.
An dem Gehäuse 2 sind Tragschienen 5, 6 und 7 ausgebildet, welche an einer Gehäusewand des Gehäuses 2 mit der Gehäusewand wärmeleitfähig verbunden sind oder an diese - insbesondere als integral geformtes Gussteil - angeformt sind. Die Tragschienen 5, 6 und 7 sind jeweils insbesondere parallel zueinander beabstandet mit der Gehäusewand wärmeleitfähig verbunden, und können so jeweils Verlustwärme an die Gehäusewand abführen.
Das Steuergerät 1 weist auch elektronische Einheiten 8, 9 und 10 auf, welche jeweils eine Leiterplatte aufweisen. Die elektronischen Einheiten sind jeweils zum Steckverbinden mit dem Gehäuse 2, insbesondere r mit wenigstens einer oder nur einer der mit der Gehäusewand 3 verbundenen Steckverbindungen ausgebildet ist. Eine Steckverbindung 20, welche an der Gehäusewand 3 angeordnet ist, und zum Steckverbinden mit der elektronischen Einheit 8 ausgebildet ist, ist beispielhaft bezeichnet. Die elektronische Einheit 8 weist eine zu der Steckverbindung 20 komplementäre Steckverbindung 21 auf, welche zum Steckverbinden mit der Steckverbindung 20 ausgebildet ist.
Die elektronische Einheit 8, welche in diesem Ausführungsbeispiel einen Schaltungsträger aufweist, mit dem elektronische Bauelemente verbunden sind, welche Verlustwärme erzeugen können, ist mit der Tragschiene 5 wärmeleitfähig, insbesondere im Bereich eines Schaltungsträgerrandes, verbunden.
An der Tragschiene 5 sind zu der elektronischen Einheit 8 hinweisende, pyramidenförmige Vorsprünge ausgebildet, von denen ein Vorsprung 14 beispielhaft bezeichnet ist. An der elektronischen Einheit 8 sind zu den pyramidenförmigen Vorsprüngen gegenüberliegend entsprechende pyramidenförmige Ausnehmungen gebildet, von denen eine zu dem pyramidenförmigen Vorsprung 14 gegenüberliegende pyramidenförmige Ausnehmungen 17 beispielhaft bezeichnet ist.
An der Tragschiene 6, welche zum wärmeleitfähigen Verbinden mit der elektronischen Einheit 9 ausgebildet ist, sind zu der elektronischen Einheit 9 hinweisende quaderförmige oder würfelförmige Vorsprünge ausgebildet, von denen ein quaderförmiger Vorsprung 15 beispielhaft bezeichnet ist. Der quaderförmige Vorsprung 15 ist zum formschlüssigen Eingriff in eine entsprechend ausgebildete quaderförmige Ausnehmung 18 an der elektronischen Einheit 9 ausgebildet.
An der Tragschiene 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel kalottenförmige Vorsprünge ausgebildet, von denen ein kalottenförmiger Vorsprung 16 beispielhaft bezeichnet ist. Der kalottenförmige Vorsprung 16 ist zum formschlüssigen Eingriff in eine zu dem kalottenförmigen Vorsprung 16 komplementär ausgebildete kalottenförmige Ausnehmung 19 in der elektronischen Einheit 10 ausgebildet.
Die elektronischen Einheiten 8, 9 und 10 weisen jeweils Verlustwärme erzeugende elektronische Bauelemente auf. Ein mit der elektronischen Einheit 8 verbundenes, insbesondere verlötetes Bauelement 11, beispielsweise ein Mikroprozessor, ein mit der elektronischen Einheit 9 verbundenes elektronisches Bauelement 12, insbesondere ein Leistungshalbleiter, und ein mit der elektronischen Einheit 10 verbundenes elektronisches Bauelement 13, beispielsweise ein System-in-Package, sind beispielhaft bezeichnet.
Die von den elektronischen Bauelementen der elektronischen Einheiten 8, 9 und 10 erzeugte Verlustwärme kann so - insbesondere lateral in dem Schaltungsträger der elektronischen Einheit, oder in mit dem Schaltungsträger der elektronischen Einheiten verbundenen Wärmeleitelemente, beispielsweise eine Heat-Pipe - zu einem Rand der elektronischen Einheit hingeleitet werden, welcher mit der entsprechenden Tragschiene in wärmeleitfähigem Kontakt steht. Mittels der Vorsprungsbereiche, welche an die Tragschiene angeformt sind, und der entsprechenden Ausnehmungen in den elektronischen Einheiten, kann die Verlustwärme mit einem geringen Wärmeübergangswiderstand mit einem großen Oberflächenkontakt in die Tragschienen abgeführt werden.
Bei dem in 1 dargestellten Steuergerät 1 können sämtliche Tragschienen jeweils pyramidenförmige Vorsprünge, quaderförmige oder würfelförmige Vorsprünge, oder kalottenförmige Vorsprünge aufweisen.
In einer anderen Ausführungsform des Steuergeräts 1 sind an einer Tragschiene zueinander verschiedene Vorsprünge, beispielsweise pyramidenförmige Vorsprünge, kalottenförmige Vorsprünge, und quaderförmige Vorsprünge ausgebildet. Mittels einer solchen Ausführungsform kann vorteilhaft eine positioniersichere Verbindung zwischen der elektronischen Einheit und der Tragschiene gebildet sein.
Zwischen den zueinander unmittelbar benachbarten elektronischen Einheiten ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Abschirmwand, insbesondere Abschirmblech ausgebildet, welches ausgebildet ist, die elektronischen Einheiten voneinander vor elektromagnetischen Störungen einander abzuschirmen. Zwischen den elektronischen Einheiten 9 und 10 erstreckt sich ein Abschirmelement 49 und zwischen den elektronischen Einheiten 8 und 9 erstreckt sich ein Abschirmelement 50, die jeweils eine Trennwand zwischen den elektronischen Einheiten ausbilden.
Anders als in 1 dargestellt, können die elektronischen Einheiten jeweils - unabhängig oder zusätzlich zu den Abschirmelementen 49 und 50 wenigstens ein Abschirmgehäuse oder Abschirmblech aufweisen, wobei das Abschirmblech oder Abschirmgehäuse wenigstens einen Teil oder alle der elektronischen Komponenten der elektronischen Einheit elektromagnetisch schirmend umschließt.
2 zeigt das in 1 bereits dargestellte Steuergerät 1 in einer Aufsicht auf eine Öffnung zum Einführen der elektronischen Einheiten. In 1 ist die Öffnung zum Einführen der elektronischen Einheiten mittels eines Verschlussdeckels 4 verschlossen.
2 zeigt die in 1 bereits beschriebene wärmeleitfähige Gehäusewand 24, an welche die Tragschienen 5, 6 und 7 wärmeleitfähig angekoppelt sind. Die Tragschienen 5, 6 und 7 können jeweils an die wärmeleitfähige Gehäusewand 24 des Gehäuses 2 - beispielsweise als Bestandteil einer Gehäusewand als Aluminiumgussteil - angeformt sein. In der wärmeleitfähigen Gehäusewand 24 sind in diesem Ausführungsbeispiel Fluidkanäle zum Führen eines Kühlfluids ausgebildet, beispielsweise Kühlwasser, von denen ein Fluidkanal 29 beispielhaft bezeichnet ist.
Zu der wärmeleitfähigen Gehäusewand 24 gegenüberliegend, ist eine wärmeleitfähige Gehäusewand 23 angeordnet, an welcher weitere Tragschienen 25, 26 und 27 angeformt sind. Die Tragschiene 25 liegt dabei zur Tragschiene 5 gegenüber, die Tragschiene 26 liegt der Tragschiene 6 gegenüber und die Tragschiene 27 liegt der Tragschiene 7 gegenüber. Die Tragschienen 25 und 5 können so gemeinsam jeweils einen Randbereich der elektronischen Einheit 8 tragen, und von der elektronischen Einheit 8 über den Randbereich Verlustwärme aufnehmen. Die Tragschienen 6 und 26 können jeweils die elektronische Einheit 9 tragen und im Randbereich, welcher auf den Tragschienen 6 beziehungsweise 26 aufliegt, Verlustwärme von der elektronischen Einheit 9 aufnehmen.
Die Tragschienen 7 und 27 bilden gemeinsam eine Auflagefläche für die elektronische Einheit 10, und können von Randbereichen der elektronischen Einheit 10, welche auf den Tragschienen 7 beziehungsweise 27 aufliegen, Verlustwärme von der elektronischen Einheit 10 aufnehmen.
In der wärmeleitfähigen Gehäusewand 23 sind in diesen Ausführungsbeispiel Fluidkanäle zum Führen eines Kühlfluids ausgebildet, von denen ein Fluidkanal 28 beispielhaft bezeichnet ist.
An der Tragschiene 5 ist beispielhaft der pyramidenförmige Vorsprung 14 ausgebildet. Zusätzlich zu dem pyramidenförmigen Vorsprung 14 können weitere pyramidenförmige Vorsprünge ausgebildet sein, welche jeweils in einer Reihe, oder in einer Matrix auf der Tragschiene 5 angeordnet, und an die Tragschiene 5 angeformt sind.
An der Tragschiene 6 können zusätzlich zu dem quaderförmigen Vorsprung 15 weitere quaderförmige Vorsprünge angeformt sein, welche mit dem quaderförmigen Vorsprung 15 eine Reihe bilden, oder eine Matrix ausbilden.
An der Tragschiene 7 können zusätzlich zu dem kalottenförmigen Vorsprung 16 weitere kalottenförmige Vorsprünge ausgebildet sein, welche gemeinsam mit dem kalottenförmigen Vorsprung 16 eine Reihe, oder eine Matrix ausbilden.
2 zeigt auch beispielhaft ein insbesondere federnd ausgebildetes Andruckelement, das ausgebildet und angeordnet ist, die elektronische Einheit 9 gegen die dazu benachbarte Tragschiene 5 abzustützen. Die benachbarte Tragschiene 5 bildet dabei einen Vorsprung aus, der in das Gehäuse 2, insbesondere einen von dem Gehäuse 2 umschlossenen Hohlraum zur Aufnahme der elektronischen Einheiten hineinragt.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine insbesondere ein Kühlsystem bildende Wärmekontaktanordnung 30. Das Wärmekontaktanordnung 30 umfasst eine wärmeleitfähige Gehäusewand 31, und eine an die wärmeleitfähige Gehäusewand 31 angeformte, und mit der wärmeleitfähigen Gehäusewand 31 wärmeleitfähig verbundene oder an diese angeformte Tragschiene 33. An der Tragschiene 33 sind in diesem Ausführungsbeispiel von der Tragschiene 33 abweisende, zueinander parallel beabstandete Stege ausgebildet. Die Stege sind jeweils im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet. Ein dreieckförmiger Steg 34 ist beispielhaft bezeichnet. Die Wärmekontaktanordnung 30 umfasst auch eine elektronische Einheit 32, von der ein Randbereich beispielhaft dargestellt ist. Die elektronische Einheit 32 weist eine zu der Tragschiene 33 komplementäre Struktur mit Ausnehmungen und Stegen auf, wobei eine dreieckförmige Ausnehmung 35, welche zu dem dreieckförmigen Steg 34 gegenüberliegt, beispielhaft bezeichnet ist.
Die Wärmekontaktanordnung 30 kann an dem in den 1 und 2 dargestellten Steuergerät 1 verwirklicht sein. Dabei ersetzt die Tragschiene 33 die Tragschiene 5, und die elektronische Einheit 32 die elektronische Einheit 8.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine insbesondere ein Kühlsystem bildende Wärmekontaktanordnung 36, umfassend eine wärmeleitfähige Gehäusewand 37, an die eine Tragschiene 39 wärmeleitfähig angekoppelt, oder angeformt ist. Die Tragschiene 39 weist von der Tragschiene 39 abweisende, im Querschnitt halbrund geformte Stege auf, welche zueinander parallel beabstandet sind, und von denen ein halbrund geformter Steg 40 beispielhaft bezeichnet ist.
Die Wärmekontaktanordnung 36 umfasst auch eine elektronische Einheit 38, welche teilweise mit einem Randbereich dargestellt ist. In der elektronischen Einheit 38 sind in dem Randbereich zu den Stegen der Tragschiene 39 komplementäre Ausnehmungen und Vorsprünge ausgebildet, von denen eine rinnenförmige Ausnehmung 41 beispielhaft bezeichnet ist, welche ausgebildet ist, den halbrund geformten Steg 40 aufzunehmen und wärmeleitfähig zu kontaktieren.
Die Wärmekontaktanordnung 36 kann an dem in 1 dargestellten Steuergerät 1 verwirklicht sein.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine insbesondere ein Kühlsystem bildende Wärmekontaktanordnung 42, welche an dem in 1 dargestellten Steuergerät 1 verwirklicht sein kann.
Die Wärmekontaktanordnung 42 weist eine wärmeleitfähige Gehäusewand 43 auf, welche mit einer Tragschiene 45 wärmeleitfähig verbunden ist. Die Tragschiene 45 weist von der Tragschiene 45 abweisende im Querschnitt trapezförmige Stege auf, von denen ein trapezförmiger Steg 46 beispielhaft bezeichnet ist. Die Wärmekontaktanordnung 42 weist auch eine mit einem Randabschnitt dargestellte elektronische Einheit 44 auf, welche in dem Randabschnitt zu den Stegen der Tragschiene 45 komplementäre trapezförmige Ausnehmungen aufweist, von denen eine trapezförmige Ausnehmung 47 beispielhaft bezeichnet ist.
Die elektronische Einheit 44 kann so in die Stegstruktur der Tragschiene 45, beziehungsweise Rillen- und/oder Furchenstruktur der Tragschiene 45 eingeschoben werden, bis eine Steckverbindung der elektronischen Einheit 44, beispielsweise die komplementäre Steckverbindung 21 mit der Steckverbindung 20 an der trennbar ausgebildeten Gehäusewand 3 vollständig zusammengesteckt ist.
Die in den 3, 4 und 5 jeweils an den Tragschienen ausgebildeten Stege bilden jeweils eine Koppelfläche zum wärmeleitfähigen Koppeln mit der jeweiligen elektronischen Einheit. Die Stege weisen jeweils eine topografische, insbesondere räumliche Struktur auf, welche ausgebildet ist, in eine komplementäre Struktur an der jeweiligen elektronischen Einheit formschlüssig zur wärmeleitfähigen Verbindung einzugreifen. Die an der elektronischen Einheit gebildete komplementäre Struktur zum Eingriff in die Struktur an der Tragschiene bildet eine Wärmekontaktfläche an der elektronischen Einheit, welche mit der Koppelfläche zur wärmeleitfähigen Verbindung gekoppelt werden kann. Die Kopplung findet beim Einschieben der elektronischen Einheit in die Tragschiene statt, oder beim Aufsetzen der elektronischen Einheit auf die Tragschiene.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10 2021 203 652 A1 [0002]

Claims

Kühlsystem (30, 36, 42) mit wenigstens einer elektronischen Einheit (8, 9, 10, 32, 38, 44), wobei die elektronische Einheit (8, 9, 10, 32, 38, 44) wenigstens einen Schaltungsträger aufweist und das Kühlsystem ein Gehäuse (2) aufweist, welches ausgebildet ist, wenigstens zwei elektronische Einheiten (8, 9, 10, 32, 38, 44) zueinander beabstandet, insbesondere parallel zueinander aufzunehmen, und das Gehäuse (2) für wenigstens eine oder für alle der elektronischen Einheiten an zwei zueinander gegenüberliegenden Gehäusewänden ausgebildete Tragschienen (5, 6, 7, 33, 39, 45) aufweist welche ausgebildet sind, die elektronische Einheit (8, 9, 10, 32, 38, 44) zu halten und von der elektronischen Einheit (8, 9, 10, 32, 38, 44) Verlustwärme aufzunehmen und abzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragschiene (5, 6, 7, 33, 39, 45) ein Koppelfläche aufweist, die eine topografische, insbesondere räumliche Struktur (14, 15, 16, 34, 40, 46) aufweist, die mit wenigstens einer Querkomponente zur flachen Erstreckung der Tragschiene (5, 6, 7, 33, 39, 45) ausgebildet ist, und die elektronische Einheit (8, 9, 10, 32, 38, 44) eine Wärmekontaktfläche mit einer zu der Tragschiene (5, 6, 7, 33, 39, 45) komplementären Struktur (17, 18, 19, 35, 41, 47) aufweist, welche zum formschlüssigen Eingriff mit der Tragschiene (5, 6, 7, 33, 39, 45) ausgebildet ist.
Kühlsystem (30, 36, 42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur durch sich entlang der Tragschiene (5, 6, 7, 33, 39, 45) längserstreckende zueinander beabstandete Stege (34, 40, 46) gebildet ist.
Kühlsystem (30, 36, 42) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) wenigstens ein Andruckelement (48) aufweist, wobei das Andruckelement (48) ausgebildet und angeordnet ist, die elektronische Einheit (8, 9, 10, 32, 38, 44) gegen die Tragschiene (5, 6, 7, 33, 39, 45) zu pressen.
Kühlsystem (30, 36, 42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur wenigstens eine von der Tragschiene (5, 6, 7, 33, 39, 45) abweisende Pyramide (14) oder abweisende Pyramiden aufweist.
Kühlsystem (30, 36, 42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Tragschiene (5, 6, 7, 33, 39, 45) gebildete Struktur Zapfen (15) aufweist oder durch Zapfen (15) gebildet ist.
Kühlsystem (30, 36, 42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den durch zueinander gegenüberliegende Tragschienen (5, 6, 7, 33, 39, 45) gebildeten zueinander beabstandeten Tragebenen eine Abschirmwand (49) gebildet ist.
Kühlsystem (30, 36, 42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer zu den Tragschienen quer verlaufenden Gehäusewand (3) elektrische Steckanschlüsse zum elektrischen Kontaktieren der wenigstens einen elektronischen Einheit (8, 9, 10, 32, 38, 44) ausgebildet sind.
Kühlsystem (30, 36, 42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) in Bereich der Tragschiene (5, 6, 7, 33, 39, 45) wenigstens einen Fluidkanal (28, 29) aufweist, welcher ausgebildet ist, mindestens mittelbar Wärme von der Tragschiene (5, 6, 7, 33, 39, 45) abzuführen.
Steuergerät (1) mit einem Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Einheit (8, 9, 10, 32, 38, 44) eine Verarbeitungseinheit (11, 12, 13) aufweist, welche ausgebildet ist, ein autonomes Fahren eines Fahrzeugs zu unterstützen.
Verfahren zum Abführen von Verlustwärme von einer elektronischen Einheit (8, 9, 10, 32, 38, 44), insbesondere mitttels eines Kühlsystems gemäß der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Verlustwärme von einem Leistungshalbleiter (11, 12, 13) lateral entlang einer elektronischen Einheit (8, 9, 10, 32, 38, 44) geführt wird und im Bereich eines Schaltungsträgerrandes mittels eines verzahnten Eingriffs zu einer Tragschiene (5, 6, 7, 33, 39, 45) hin in die Tragschiene (5, 6, 7, 33, 39, 45) geleitet wird und von der Tragschiene (5, 6, 7, 33, 39, 45) zu einem fluidführenden Kühlkanal (28, 29) geleitet wird.