DE102021203625A1

DE102021203625A1 - Elektronikbaugruppe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021203625A1
Application number: DE102021203625.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Burger; Benedict Bonpain
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2022-10-13
Also published as: CN115209687A

Abstract

Die Erfindung betrifft Elektronikbaugruppe eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest eine Elektronikeinheit (62,66) mit zumindest einem Elektronikbauteil (64), zumindest ein Gehäuse (52,54), das die Elektronikeinheit (62,66) mit dem Elektronikbauteil (64) umschließt, wobei das Elektronikbauteil (64) mit dem Gehäuse (52,54) in wärmeleitender Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Gehäuses (52,54) zumindest eine Wärmeableitung (60) bzw. ein Bauteil mit hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist zur Entwärmung des Elektronikbauteils (62) zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses (52, 54).

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronikbaugruppe eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Stand der Technik
Aus der DE 10105292 A1 ist eine zentrale Fahrzeug-Baugruppen-Anbringungsstruktur mit elektrischem Anschluss bekannt, bei der eine Vielzahl von elektrischen Einrichtungen, die nahezu zentral in der Querrichtung eines Fahrzeug-Armaturenbretts angeordnet sind, beispielsweise eine Audioeinheit, eine Displayeinheit, eine Navigationseinheit und eine Klimaanlagen-Betätigungseinheit, zu einer einstückigen Struktur als Baugruppe zusammengefasst sind.
Aus der DE 10244607 A1 ist ein elektronisches Steuergerät, insbesondere Baugruppenträger mit Steckplätzen für fremdbelüftbare Steckbaugruppen bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronikbaugruppe zur leichten Anpassungen an unterschiedliche thermische Anforderungen anzugeben. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.
Offenbarung der Erfindung
Dadurch, dass außerhalb des Gehäuses einer insbesondere austauschbaren Elektronikbaugruppe eines Kraftfahrzeugs zumindest eine Wärmeableitung bzw. ein Bauteil hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist zur Entwärmung des Elektronikbauteils zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses, ist durch die Verlagerung der Wärmeleitung auf die Außenseite des Gehäuses bei annähernd gleicher thermischer Performance nahezu vollständige Designfreiheit auf der Innenseite des Gehäuses gegeben. Zusätzlich kann die Wärmeableitung gezielt beispielsweise die mechanische Fixierung bzw. Stabilisierung von Komponenten der Elektronikbaugruppe übernehmen. Weiterhin kann dadurch ein modularer Aufbau erfolgen, indem von außen leicht zugänglich die jeweils geeignete Wärmeableitung für die entsprechende abzuführende Verlustleistung montiert und auch gegebenenfalls später ausgetauscht werden kann, wenn sich die Verlustleistung beispielsweise bei einem ausgetauschten Elektronikteil oder einem Softwareupdate für das Elektronikteil ändert. Durch die so erzielte Modularität im Konzept der Wärmeableitung und dem Gehäusekonzept ist eine Anpassung an die Umgebungsbedingungen und die abzuführenden Wärmeströme flexibel möglich. So kann beispielsweise bei einer Layoutänderung mit Bauteilen mit höherer Verlustleistung eine leistungsfähigere Wärmeableitung beispielsweise in Form einer Vapor Chamber eingesetzt werden. Bei den insbesondere austauschbaren Elektronikbaugruppen kann es sich insbesondere um besonders rechenintensive Funktionen im Kraftfahrzeugbereich handeln wie beispielsweise teilautonomes oder autonomes Fahren, Kommunikationsmodule, Gateway-Funktionalitäten, Infotainment, Sicherheitsanwendungen etc. Solche Funktionen können jeweils in einer austauschbaren Elektronikbaugruppe realisiert sein. Die Austauschbarkeit erlaubt auch ein späteres Nachrüstenn von aktueller Hardware, indem Elektronikbaugruppen leicht ausgetauscht werden können.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist als Wärmeableitung zumindest eine Vapor Chamber und/oder eine Heatpipe und/oder eine pulsierende Heatpipe und/oder zumindest eine Wärmeleitfolie und/oder eine Beschichtung und/oder ein Bauteil mit guter Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium oder Ähnliches vorgesehen. Durch eine geeignete Materialwahl bzw. Technologiewahl kann die jeweils erforderliche Wärmeableitung für jede Elektronikbaugruppe individuell eingestellt werden, ohne dass Anpassungen an dem Gehäuse und der Elektronikbaugruppe selbst notwendig sind.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse der Elektronikbaugruppe als Druckgussteil, insbesondere Aluminium-Druckguss, als Strangpressteil oder Blechteil ausgebildet ist. Dadurch erhöht sich der Design-Freiheitsgrad weiter.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Wärmeableitung an dem Gehäuse zwischen dem Elektronikbauteil und einem Randbereich des Gehäuses angeordnet. Damit kann eine effiziente Wärmeabfuhr zu den Wärmesenken, die vorzugsweise mit dem Rand des Gehäuses in Verbindung stehen, erfolgen. In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Wärmeableitung stoffschlüssig mit dem Gehäuse zur Minimierung eines Wärmewiderstands verbunden, insbesondere durch eine Lötverbindung. Damit kann besonders bevorzugt eine gewünschte Wärmespreizung auch außerhalb des Gehäuses erfolgen.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse und/oder ein Randbereich des Gehäuses mit einer Aufnahme eines weiteren Gehäuses, das der Aufnahme und Wärmeableitung austauschbarer Elektronikbaugruppen dient, verbindbar ist. In dieser Anordnung kann ein weiteres Gehäuse vorgesehen sein, welches mehrere austauschbare Elektronikbaugruppen aufnehmen kann und über welches die Verlustwärme abgeführt wird.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse zumindest eine Wärmeabführung umfasst, insbesondere eine in Richtung zu der Elektronikeinheit ragende Vertiefung der Oberfläche des Gehäuses, wobei die Wärmeabführung mit dem Elektronikbauteil in wärmeleitender Verbindung steht. Damit lassen sich auch insbesondere kleinere Verlustleistungen über das Gehäuse selbst abführen, wodurch sich die Flexibilität des Konzepts der Wärmeabfuhr weiter erhöht.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest beide Gehäusehälften jeweils einen Randbereich aufweisen, die sich im montierten Zustand in Überdeckung befinden, insbesondere durch Verschrauben und/oder Verklemmung durch ein Verbindungsmittel. Besonders bevorzugt ist das Verbindungsmittel zur Verbindung des Gehäuses insbesondere mit der Aufnahme und/oder zur Verbindung der beiden Gehäusehälften so ausgebildet ist, dass es sowohl auf den Randbereich wie auch auf eine Aufnahme eines weiteren Gehäuses zur lösbaren Befestigung einwirkt. Dadurch kann insbesondere ein guter Wärmeübergang zu dem weiteren Gehäuse insbesondere durch Klemmen erzielt werden. Hierzu ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Verbindungsmittel zwischen einer Aufnahme und dem Randbereich des Gehäuses und dass der Randbereich des Gehäuses zwischen dem Verbindungsmittel und einer weiteren Aufnahme des weiteren Gehäuses angeordnet ist. Bevorzugt ist die Aufnahme Bestandteil des weiteren Gehäuses. Damit lässt sich die Befestigung und auch der Wärmeübergang weiter verbessern.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest eine der Gehäusehälften zumindest eine Ausnehmung und die andere Gehäusehälfte zumindest eine Erhebung aufweist, die im montierten Zustand ineinandergreifen. Damit wird eine lagegenaue Montage der beiden Gehäusehälften zueinander erreicht.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die beiden Elektronikeinheiten jeweils Elektronikbauteile auf im montierten Zustand voneinander abgewandten Seiten tragen. Somit kann besonders einfach die Abwärme der Elektronikbauteile auf die jeweiligen beiden Seiten des Gehäuses hin erfolgen.
Besonders zweckmäßig ist eine Vorrichtung zur Aufnahme austauschbarer Elektronikbaugruppen vorgesehen, wobei zumindest ein die austauschbaren Elektronikbaugruppen zumindest teilweise umschließendes Gehäuse aus einem wärmeleitenden Material und zumindest eine mit dem Gehäuse lösbar verbundene Vorderseite vorgesehen sind, über die Zugang zu den im Inneren des Gehäuses anordenbaren austauschbaren Elektronikbaugruppen möglich ist, wobei an zumindest einer Außenseite des Gehäuses zumindest ein Kühler angeordnet ist zur Kühlung zumindest einer der austauschbaren Elektronikbaugruppen. Insbesondere durch das Vorsehen eines Kühlers an der Außenseite des Gehäuses kann auf besonders einfache Art und Weise eine flexible und modulare Anpassung des Systems an die jeweiligen Leistungsanforderungen erreicht werden.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Figurenliste
Es zeigen:

1 die Rückseite der Vorrichtung für die Aufnahme austauschbarer Elektronikbaugruppen in einem Kraftfahrzeug,
2 die Vorderseite der Vorrichtung,
3 eine Detailansicht des Gehäuses der Vorrichtung mit Kühler,
4 die Gesamtansicht der Vorrichtung mit mehreren austauschbaren Elektronikbaugruppen in der Explosionsdarstellung,
5 eine perspektivische Ansicht von oben auf eine austauschbare Elektronikbaugruppe,
6 eine perspektivische Ansicht von unten auf eine austauschbare Elektronikbaugruppe,
7 eine perspektivische Gesamtansicht der austauschbaren Elektronikbaugruppe in der Explosionsdarstellung,
8 eine Seitenansicht auf eine Elektronikbaugruppe sowie
9 eine Darstellung gemäß 8 unter Einzeichnung der Wärmeabfuhr.

Ausführungsform der Erfindung
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
In 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 10 für die Aufnahme austauschbarer Elektronikbaugruppen 50 für ein Kraftfahrzeug in Blickrichtung auf die Rückseite gezeigt. Die Vorrichtung 10 ist beispielhaft rechteckförmig ausgebildet. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 11. Das Gehäuse 11 wird an der Rückseite über eine rückseitige Gehäuseabdeckung 22 geschlossen, insbesondere durch eine mechanische Fixierung 24 wie beispielsweise eine Verschraubung. Die rückseitige Gehäuseabdeckung 22 könnte beispielsweise ein Druckguss-Teil sein, besonders bevorzugt ein Aluminium-Druckgussteil. Die rückseitige Gehäuseabdeckung 22 trägt wie später gezeigt eine senkrecht zu den austauschbaren Elektronikbaugruppen 50 orientierte Leiterplatte 34. Durch die rückseitige Gehäuseabdeckung 22 ragen je nach Anwendungsfall mehrere Stecker 30. Zwischen rückseitiger Gehäuseabdeckung 22 und dem Gehäuse 11 ist vorzugsweise eine Dichtung 26 vorgesehen.
An zumindest einer Seite des Gehäuses 11 ist zumindest ein Kühler 40 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist der Kühler 40 rechteckförmig ausgebildet. Er weist beispielhaft zwei Anschlüsse 42 auf. Die Anschlüsse 42 sind in Richtung der Rückseite parallel zu den Steckern 30 orientiert. Über die Anschlüsse 42 lässt sich ein Kühlmedium zu- bzw. abführen. Als Kühlmedium könnte beispielsweise ein Fluid wie Wasser oder aber auch Luft zum Einsatz kommen. Im Ausführungsbeispiel sind an beiden Seitenflächen 14 des Gehäuses 11 jeweils Kühler 40 angebracht. Die Außenflächen der Kühler 40 fluchten mit den Außenkanten der Befestigungen 12. Der Kühler 40 ist zwischen zwei Befestigungen 12 angeordnet. Der Kühler 40 steht mit dem Gehäuse 11 in wärmeleitender Verbindung. Der Kühler 40 könnte beispielsweise mit dem Gehäuse 11 durch eine stoffschlüssige Verbindung wie eine Lötverbindung verbunden sein. Der Kühler 40 dient der Wärmeabfuhr der in den Elektronikbaugruppen 50 erzeugten Wärme, die über das wärmeleitende Gehäuse 11 an den Kühler 40 gelangt und abgeführt wird. Je nach aufkommender Verlustleistung kann eine passive oder aktive Kühlung erfolgen. Eine aktive Kühlung könnte beispielsweise durch Luft oder ein geeignetes Fluid erfolgen. Durch eine entsprechende Wahl des Kühlers 40 lässt sich ein skalierbares thermisches Konzept auf den speziellen Anwendungsfall abgestimmt realisieren, ohne jedoch das Gehäuse 11 etc. anpassen zu müssen.
Am Gehäuse 11 sind mehrere Befestigungen 12 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel sind die Befestigungen 12 als Schienen ausgebildet und dienen der Aufnahme eines im Fahrzeug angeordneten Gegenhalters. Die Befestigungen 12 verlaufen vorzugsweise an den Ecken der Vorrichtung 10 zwischen der rückseitigen Gehäuseabdeckung 22 und einer Vorderseite 20 der Vorrichtung 10. Die Befestigung 12 ist einteiliger Bestandteil des Gehäuses 11, welches in 3 noch näher gezeigt wird.
In 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 10 für die Aufnahme austauschbarer Elektronikbaugruppen 50 für ein Kraftfahrzeug in Blickrichtung auf die Vorderseite 20 gezeigt. Die Vorderseite 20 räumt Zugang zu den im Inneren der Vorrichtung 10 angeordneten austauschbaren Elektronikbaugruppen 50 ein. Die Vorderseite 20 ist über mechanische Fixierungen 24 zu öffnen und zu verschließen. Die Vorderseite 20 könnte beispielsweise aus Blech bestehen. Die mechanischen Fixierungen 24 können beispielsweise als Verschraubungen ausgebildet sein. Hierbei könnten beispielsweise extrudierte Schraubhülsen im Gehäuse 11 integriert sein als Bestandteile der Fixierungen 24.
3 zeigt das Gehäuse 11 mit jeweils seitlich angeordneten Kühlern 40. Das Gehäuse 11 ist einteilig ausgebildet. Das Gehäuse 11 weist einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt auf. Die Seitenflächen 14 des Gehäuses 11 sind zur Aufnahme des Kühlers 40 ausgebildet. An der Innenseite 16 der Seitenflächen 14 des Gehäuses 11 sind jeweils mehrere Aufnahmen 18 vorgesehen. Diese im Wesentlichen schienenförmigen Aufnahmen 18 dienen der Aufnahme, Einschub und/oder Verklemmung der austauschbaren Elektronikbaugruppen 50. hierzu sind zumindest jeweils zwei parallel zueinander angeordnete Aufnahmen 18 für eine austauschbare Elektronikbaugruppe 50 vorgesehen, über die ein Verklemmen eines Gehäuserands der Elektronikbaugruppe 50 erfolgen kann. Die Aufnahmen 18 verlaufen jeweils parallel zwischen der Vorderseite 20 und der Rückseite. Besonders bevorzugt sind die Aufnahmen 18 einteiliger Bestandteil des Gehäuses 11. Das Gehäuse 11 besteht aus einem wärmeleitenden Material. Im Ausführungsbeispiel wird beispielsweise Aluminium vorgeschlagen. Das Gehäuse 11 ist als einteiliges Basisgehäuse ausgebildet. Je nach Anwendungsfall, also je nach Größe der aufzunehmenden austauschbaren Elektronikbaugruppen 50, lässt sich das Gehäuse 11 in X-, Y-, Z-Richtung geeignet skalieren. Je nach Anwendungsfall können entsprechende unterschiedliche rückseitige Gehäuseabdeckungen 22, die das jeweilige Steckerkonzept bzw. die verwendeten austauschbaren Elektronikbaugruppen 50 widerspiegeln, verwendet werden. In dem Gehäuse 11 ist zudem an zumindest einer, vorzugsweise beiden Stirnseiten eine Ausnehmung 28 zur Aufnahme einer Dichtung 26 vorgesehen. Die Ausnehmungen 28 dienen der Aufnahme einer radialen Dichtkontur am Gehäuse 11. Damit können bestimmte IP- und EMV-Schutzklassen erreicht werden. Die Ausnehmungen 28 können durch geeignetes Ausfräsen des Gehäuses 11 so angepasst werden, dass die Dichtung 26 aufgenommen werden kann. Bevorzugt ist das Gehäuse 11 als Strangpressprofil ausgebildet. Besonders bevorzugt besteht das Gehäuse 11 aus einem stranggepressten Aluminiumprofil.
4 zeigt die Gesamtansicht der Vorrichtung 10 mit mehreren austauschbaren Elektronikbaugruppen 50 in der Explosionsdarstellung. Die rückseitige Gehäuseabdeckung 22 weist auf der zum Inneren 16 des Gehäuses 11 orientierten Seite entsprechende Rippen 32 bzw. Abschirmung auf. Diese Rippen 32 stehen nach innen hin etwas über. Im Ausführungsbeispiel umschließen sie jeweils obere bzw. untere Öffnungen zur Aufnahme der Stecker 30. Die rückseitige Gehäuseabdeckung 22 weist in dieser Ansicht gut sichtbare Aufnahmen 23 auf. Die Aufnahmen 23 sind jeweils an der Seite der rückseitigen Gehäuseabdeckung 22 angeordnet und dienen der Befestigung der Leiterplatte 34.
Die Leiterplatte 34 ist parallel zur rückseitigen Gehäuseabdeckung 22 angeordnet. Auf der Leiterplatte 34 werden auf der vom Inneren 16 des Gehäuses 11 abgewandten Seite die Stecker 30 kontaktiert, die zur Kontaktierung im Fahrzeug durch die rückseitige Gehäuseabdeckung 22 ragen. Auf der anderen Seite der Leiterplatte 34 sind entsprechende Steckverbindungen 31 angeordnet, über die die austauschbaren Elektronikbaugruppen 50 im eingeschobenen Zustand mit den Steckern 30 kontaktiert werden. Bei den Steckverbindungen 31 kann es sich beispielsweise um sogenannte Edge-Card-Verbinder oder ähnliches handeln.
Im Inneren 16 des Gehäuses 11 sind bereits einige austauschbare Elektronikbaugruppen 50 eingeschoben. Im vorderen Bereich ist beispielhaft der Aufbau einer austauschbaren Elektronikbaugruppe 50 gezeigt. Die austauschbare Elektronikbaugruppe 50 umfasst ein Gehäuse 52. Das Gehäuse 52 ist beispielhaft gebildet aus zwei Gehäusehälften 54. Die Gehäusehälften 54 umschließen zumindest eine Elektronikeinheiten 62,66 bzw. Leiterplatten mit darauf angeordneten Elektronikbauteilen 64,66. Das Gehäuse 52 könnte aus zwei verschraubten Blechhälften 54 bestehen.
Im Ausführungsbeispiel ist eine Elektronikeinheit 62 vorgesehen, die sich beinahe über die gesamte Breite des Gehäuses 11 erstreckt und einige Elektronikbauteile 64 aufweist. Bei der Elektronikeinheit 62 kann es sich beispielsweise um eine Leiterplatte bzw. ein sogenanntes base board bzw. motherboard handeln. Unterhalb der Elektronikeinheit 62 befinden sich beispielhaft weitere Elektronikeinheiten 66 mit weiteren Elektronikbauteilen 64 mit besonders Verlustwärme erzeugenden Elektronikbauteilen 64. Die Elektronikbauteile 64 sind vorzugsweise auf der jeweiligen Elektronikeinheit 62,66 so angeordnet, dass deren Oberseiten jeweils zu den benachbarten Gehäusehälften 54 orientiert sind. Die Elektronikeinheiten 62,66 mit zugehörigen Elektronikbauteilen 64 umfassen insbesondere Hochleistung-Rechnerkerne, die im Kraftfahrzeug besonders rechenintensive Funktionen übernehmen. Hierbei kann es sich beispielsweise um autonome oder teilautonome Fahrfunktionen, Infotainment, Kommunikationsschnittstellen zwischen verschiedenen Bussystemen (Ethernet, CAN, LIN etc.) bzw. Gateway-Funktionalitäten, bestimmte Sicherheitsanwendungen zur Einräumung einer Berechtigung, um beispielsweise auch von außerhalb auf das Kraftfahrzeug zuzugreifen, oder weitere im Kraftfahrzeug mit insbesondere hoher Rechenleistung verbundene Operationen. Bei den Elektronikbauteilen 64 handelt es sich besonders bevorzugt um leistungsstarke Prozessoren, Multikern-Prozessoren oder hochintegrierte Schaltungen (SoC, System-on-Chip), die sich durch hohe Verlustleistungen auszeichnen.
Seitlich angedeutet sind jeweils Verbindungsmittel 58 zur Befestigung und/oder thermischen Kontaktierung der austauschbaren Elektronikbaugruppe 50 mit dem Gehäuse 11 in den entsprechenden Aufnahmen 18. die Verbindungsmittel 58 dienen insbesondere der Verklemmung des Gehäuses 52 mit dem Gehäuse 11. Durch das Verklemmen wird ein guter thermischer Kontakt von der Elektronikbaugruppe 50 zu dem Gehäuse 11 erreicht. Als Verbindungsmittel 58 kommen beispielsweise sogenannte Wedge-Locks zum Einsatz. Über dieses Verbindungsmittel 58 kann bevorzugt ein lösbares Verkeilen bzw. Verklemmen des Gehäuserands des Gehäuses 52 mit den Aufnahmen 18 erfolgen.
An der Unterseite des Gehäuses 52 ist zumindest eine Wärmeableitung 60 vorgesehen. Als Wärmeableitung 60 dienen Bauteile mit besonders guter Wärmeleitfähigkeit wie sogenannte vapor chamber, heatpipe, pulsating heatpipe. Alternativ können beispielsweise Kupferplatten, wärmeleitende Folien oder besonders wärmeleitende Schichten verwendet werden. Die Wärmeableitung 60 dient der Abführung der Verlustwärme der besonders viel Wärme erzeugenden Elektronikbauteilen 64 zum geklemmten Rand der Elektronikbaugruppe 50 bzw. zur Wärmesenke.
In 5 ist die austauschbare Elektronikbaugruppe 50 im zusammengebauten Zustand in der Ansicht von oben gezeigt. Dort ist genauer ersichtlich, dass die obere Gehäusehälfte 54 zur Wärmeabführung 56 entsprechende Vertiefungen aufweist, um so in guten thermischen Kontakt mit dem wärmeerzeugenden Elektronikbauteil 64 zu kommen. Dies dient der besseren Wärmeabfuhr über die Gehäusehälfte 54.
In 6 ist die austauschbare Elektronikbaugruppe 50 im zusammengebauten Zustand in der Ansicht von unten gezeigt. Hierbei sind zwei plattenförmige ausgebildete Wärmeableitungen 60 mit der Unterseite des Gehäuses 52 bzw. der unteren Gehäusehälfte 54 thermisch leitend verbunden. Wie beschrieben wird die Wärme des darüber angeordneten Elektronikbauteils 64 in Richtung zu den Seitenwänden 16 des Gehäuses 11 und dort angeordnetem Kühler 40 abgeleitet.
7 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht der austauschbaren Elektronikbaugruppe 50 in der Explosionsdarstellung. Daraus wird ersichtlich, dass die obere Elektronikeinheit 62 mit den jeweils darunter angeordneten beiden weiteren Elektronikeinheiten 66 über entsprechende Schraubverbindungen fixiert sind. Die Vertiefungen bzw. Wärmeabführungen 56 sind so ausgebildet, dass die Unterseite der Vertiefung 56 mit der Oberseite des jeweiligen Elektronikbauteils 64 zusammenwirkt. Somit kann die Wärme der Elektronikbauteile 64 der oberen Elektronikeinheit 62 über die obere Gehäusehälfte 54 seitlich abgeführt werden. Weiterhin ist die obere Gehäusehälfte 54 seitlich so geformt, dass zum einen die seitliche Gehäusewand gebildet wird. Außerdem läuft die obere Gehäusehälfte 54 nach einem erneuten 90-Grad-Knick in einem Randbereich 69 aus. Der Randbereich 69 ist entsprechend wie die Oberseite der oberen Gehäusehälfte 54 orientiert hin zu den Aufnahmen 18 des Gehäuses 11. In dem Randbereich 69 sind zwei Ausnehmungen 67 vorgesehen, sodass der darunter zu liegen kommende Randbereich der unteren Gehäusehälfte 54 mit Erhebungen 65 dort aufgenommen wird. Die Erhebungen 65 können seitlich abgeschrägt sein zur verbesserten Einführung und lagegenauen Montage.
Die Unterseite der weiteren Elektronikeinheit 66 hingegen befindet sich in wärmeleitender Verbindung mit der unteren Gehäusehälfte 54. Darunter angeordnet sind die plattenförmigen Wärmeableitungen 60.
Das genauere Zusammenwirken ist in den nachfolgenden 8 und 9 gezeigt. Daraus ist ersichtlich, dass die Unterseite der Wärmeabführung 56 mit der Oberseite des Elektronikbauteils 64 der oberen Elektronikeinheit 62 in Kontakt steht. Hierbei kann eine nicht näher bezeichnete wärmeleitfähige Verbindungsschicht vorgesehen sein. Weiterhin ist ein Verbindungsmittel 68 vorgesehen, welches die obere Elektronikeinheit 62 bzw. Leiterplatte mit der unteren Gehäusehälfte 54 verbindet. Zur Einhaltung eines definierten Abstandes kann hierbei eine Hülse zwischen der Unterseite der Elektronikeinheit 62 und der Innenseite der unteren Gehäusehälfte 54 vorgesehen sein. Auf der weiteren Elektronikeinheit 66 ist nun das Elektronikbauteil 64 auf der Unterseite montiert und kommt in wärmeleitenden Kontakt mit der Innenseite der unteren Gehäusehälfte 54. Zwischen der Unterseite des Elektronikbauteils 64 und der Innenseite der unteren Gehäusehälfte 54 kann wiederum eine wärmeleitfähige Schicht vorgesehen sein. An der Unterseite der unteren Gehäusehälfte 54 ist zumindest im Bereich des Elektronikbauteils 64 an der unteren Elektronikbaugruppe 66 bis hin bzw. in Richtung zum Rand bzw. Aufnahme 18 des Gehäuses 11 die Wärmeableitung 60 befestigt. Außerdem ist ein weiteres Befestigungsmittel 68 vorgesehen, welches die weitere Elektronikeinheit 66 mit der unteren Gehäusehälfte 54 und/oder die Wärmeableitung 60 mit der unteren Gehäusehälfte 54 verbindet. Wiederum kann zwischen der Unterseite der weiteren Elektronikeinheit 66 und der Oberseite der unteren Gehäusehälfte 54 eine Abstandshülse vorgesehen sein.
Die obere Gehäusehälfte 54 bildet über einen 90°-Knick den Seitenrand und bildet über einen weiteren 90°-Knick einen Randbereich 69. Dieser Randbereich 69 gelangt in Überdeckung mit dem äußeren Randbereich der unteren Gehäusehälfte 54. Der Randbereich 69 befindet sich im eingeschobenen Zustand in zumindest teilweiser Überdeckung mit der Aufnahme 18. Das Verbindungsmittel 58 verpresst nun den Randbereich 69 der oberen Gehäusehälfte 54 mit dem Randbereich der unteren Gehäusehälfte 54 und drückt beide gegen die Unter- bzw. Oberseite der Aufnahme 18.
Die Wärmeableitung 60 wird an der Außenseite des Gehäuses 52 bzw. an der Außenseite der austauschbaren Elektronikbaugruppe 50 angeordnet. Durch die zumindest teilweise Verlagerung der Wärmeleitung auf die Außenseite des Gehäuses 52 lässt sich bei annähernd gleicher thermischer Performance nahezu vollständige Designfreiheit auf der Innenseite des Gehäuses 52 erreichen.
Das Gehäuse 52 kann fertigungstechnisch flexibel hergestellt werden, beispielsweise aus Druckguss, Aluminiumdruckguss, durch Strangpressen oder aus Blech. Die Wärmeableitung 60 bzw. der Wärmespreizer, der den Wärmetransport zumindest teilweise an die Außenseite des Gehäuses 52 verlagert, muss an der Außenseite so fixiert werden, dass der zusätzlich entstehende Wärmewiderstand minimiert ist. Dies erfolgt beispielsweise durch eine stoffschlüssige Anbindung beispielsweise durch Löten bei metallischer Wärmeableitung 60. Die Wärmeableitung 60 selbst kann in Form, Größe und Material flexibel gewählt sein. Mögliche Beispiele sind sog. vapor chamber (von Wärmeableitungen größer 300 W) bzw. (pulsating) heatpipes, Wärmeleitfolien oder Beschichtungen. Als mögliche Materialien der Wärmeableitung 60 könnte beispielsweise Aluminium (von Wärmeableitungen kleiner 50 W) oder Kupfer (für Wärmeableitungen kleiner 100 W) zum Einsatz kommen, je nach der abzuführenden Verlustleistung. Aufgrund der zumindest teilweisen Verlagerung von Funktionen der Wärmeableitung 60 bzw. Wärmespreizung an die Außenseite des Gehäuses 52 reduziert sich die Komplexität signifikant.
Durch die so erzielte Modularität im Konzept der Wärmeableitung 60 bzw. im Gehäusekonzept ist eine Anpassung an die Umgebungsbedingungen und die abzuführenden Wärmeströme flexibel möglich. So kann beispielsweise bei einer Layoutänderung mit Elektronikbauteilen 64 mit höherer Verlustleistung eine leistungsfähigere Wärmeableitung 60 verwendet werden und umgekehrt. Selbst im laufenden Betrieb könnte beispielsweise nach veränderten thermischen Bedingungen, beispielsweise nach einem Software update, die Wärmeableitung 60 ausgetauscht werden. Dadurch erhöht sich die Flexibilität stark.
In 9 sind die resultierenden Wärmeströme, symbolisiert durch die Pfeile des Wärmetransports 70, angedeutet. Durch das Vorsehen der zusätzlichen Wärmeableitung 60 an der Unterseite des Gehäuses 52 erfolgt ein Großteil der Wärmeabfuhr an der Außenseite des Gehäuses 52 in Richtung der Wärmesenke, nämlich des Kühlers 40. Ein kleiner Teil der Wärme wird über das Gehäuse 52, 54 selbst abgeführt. Die Wärmeströme gelangen aufgrund der guten wärmeleitenden Verbindung mit der Aufnahme 18 (beispielsweise durch die Klemmung durch das Verbindungsmittel 58) über die Aufnahme 18 und die Seitenfläche 14 des Gehäuses 11 an den Kühler 40, der diese dann abführt.
Die Vorrichtung 10 kommt insbesondere bei austauschbaren Elektronikbaugruppen 50 im Kraftfahrzeugbereich zum Einsatz. In den austauschbaren Elektronikbaugruppen 50 können insbesondere rechenintensive Funktionen im Kraftfahrzeugbereich realisiert werden wie beispielsweise teilautonomes oder autonomes Fahren, Kommunikationsmodule, Gateway-Funktionalitäten, Infotainment, Sicherheitsanwendungen etc. Solche Funktionen können jeweils in einer austauschbaren Elektronikbaugruppe 50 realisiert sein. Die Austauschbarkeit erlaubt auch ein späteres Nachrüstenn von aktueller Hardware, indem Elektronikbaugruppen 50 leicht ausgetauscht werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10105292 A1 [0002]
DE 10244607 A1 [0003]

Claims

Elektronikbaugruppe eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest eine Elektronikeinheit (62,66) mit zumindest einem Elektronikbauteil (64), zumindest ein Gehäuse (52,54), das die Elektronikeinheit (62,66) mit dem Elektronikbauteil (64) umschließt, wobei das Elektronikbauteil (64) mit dem Gehäuse (52,54) in wärmeleitender Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Gehäuses (52,54) zumindest eine Wärmeableitung (60) bzw. ein Bauteil mit hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist zur Entwärmung des Elektronikbauteils (62) zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses (52, 54).
Elektronikbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeableitung (60) zumindest eine sog. Vapor Chamber und/oder eine Heatpipe und/oder eine pulsierende Heatpipe und/oder zumindest eine Wärmeleitfolie und/oder eine Beschichtung und/oder ein Bauteil mit guter Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium vorgesehen ist.
Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeableitung (60) zur mechanischen Versteifung des Gehäuses (52,54) ausgebildet ist, vorzugsweise plattenförmig.
Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52,54) als Druckgussteil, insbesondere Aluminium-Druckguss, als Strangpressteil oder Blechteil ausgebildet ist.
Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeableitung (60) an dem Gehäuse (52,54) zwischen dem Elektronikbauteil (64) und einem Randbereich (69) des Gehäuses (52,54) angeordnet ist.
Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeableitung (60) stoffschlüssig mit dem Gehäuse (52,54) zur Minimierung eines Wärmewiderstands verbunden ist, insbesondere durch eine Lötverbindung.
Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52,54) und/oder ein Randbereich (69) des Gehäuses (52,54) mit einer Aufnahme (18) eines weiteren Gehäuses (11), das der Aufnahme und Wärmeableitung austauschbarer Elektronikbaugruppen (50) dient, verbindbar ist.
Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Elektronikeinheit (66) vorgesehen ist, auf der zumindest ein Elektronikbauteil (64) angeordnet ist.
Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52) zumindest eine Wärmeabführung (56) umfasst, insbesondere eine in Richtung zu der Elektronikeinheit (62,66) ragende Vertiefung der Oberfläche des Gehäuses (52,54), wobei die Wärmeabführung (56) mit dem Elektronikbauteil (64) in wärmeleitender Verbindung steht.
Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52,54) aus zumindest zwei Gehäusehälften (54) besteht.
Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest beide Gehäusehälften (54) jeweils einen Randbereich (69) aufweisen, die sich im montierten Zustand in Überdeckung befinden, insbesondere durch Verschrauben und/oder Verklemmung durch ein Verbindungsmittel (58).
Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (58) zur Verbindung des Gehäuses (52) insbesondere mit der Aufnahme (18) und/oder zur Verbindung der beiden Gehäusehälften (54) so ausgebildet ist, dass es sowohl auf den Randbereich (69) wie auch auf eine Aufnahme (18) eines weiteren Gehäuses (11) zur lösbaren Befestigung einwirkt.
Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (58) zwischen einer Aufnahme (18) und dem Randbereich (69) des Gehäuses (52,54) und dass der Randbereich (69) des Gehäuses (52,54) zwischen dem Verbindungsmittel (58) und einer weiteren Aufnahme (18) des weiteren Gehäuses (11) angeordnet ist.
Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Gehäusehälften (54) zumindest eine Ausnehmung (67) und die andere Gehäusehälfte (54) zumindest eine Erhebung (65) aufweist, die im montierten Zustand ineinandergreifen.
Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektronikeinheiten (62, 66) jeweils Elektronikbauteile (64) auf im montierten Zustand voneinander abgewandten Seiten tragen.
Vorrichtung zur Aufnahme austauschbarer Elektronikbaugruppen (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein die austauschbaren Elektronikbaugruppen (50) zumindest teilweise umschließendes Gehäuse (11) aus einem wärmeleitenden Material und zumindest eine mit dem Gehäuse (11) lösbar verbundene Vorderseite (20) vorgesehen sind, über die Zugang zu den im Inneren des Gehäuses (11) anordenbaren austauschbaren Elektronikbaugruppen (50) möglich ist, wobei an zumindest einer Außenseite des Gehäuses (11) zumindest ein Kühler (40) angeordnet ist zur Kühlung zumindest einer der austauschbaren Elektronikbaugruppen (50).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) im Inneren zumindest eine Aufnahme (18), insbesondere Schienen oder Profile, zur Aufnahme zumindest einer austauschbaren Elektronikbaugruppe (50) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine obere und eine untere Aufnahme (18) vorgesehen sind zur Aufnahme und Befestigung, insbesondere Verklemmung, der austauschbaren Elektronikbaugruppe (50).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rückseitige Gehäuseabdeckung (22) zumindest eine Durchführung für zumindest einen Stecker (30) und/oder zumindest eine Abschirmung (32) und/oder zumindest eine Aufnahme (23) für eine parallel zu der Gehäuseabdeckung (22) ausgerichtete Leiterplatte (34), die zur Kontaktierung der austauschbaren Elektronikbaugruppen (50) dient, umfasst.