-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von Elektronikkomponenten in einem Fahrzeug, ein Verfahren zu Steuerung der Vorrichtung, sowie ein Kraftfahrzeug, das eine solche Vorrichtung umfasst.
-
In Kraftfahrzeugen ist eine Vielzahl elektrischer, einschließlich elektronischer Komponenten verbaut. Diese können beim Betrieb nennenswerte Wärmemengen erzeugen. Es ist bekannt, solche Wärmemengen abzuführen. Die
DE 10 2007 029 635 A1 schlägt daher eine Vorrichtung zur Kühlung von Elektronikbauteilen vor, bei der gekühlte Luft aus einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage in ein Elektronikgehäuse geleitet wird, das Elektronikbauteile enthält.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alternative Lösungen zur Kühlung von Elektronikkomponenten bereitzustellen.
-
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs, ein Verfahren mit den Merkmalen des Nebenanspruchs, sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen eines weiteren Nebenanspruchs gelöst.
-
Die Erfindung betrifft dementsprechend in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zur Kühlung wenigstens einer Elektronikkomponente in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen Klimakasten einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, der einen Verdampfer umfasst und von einem Luftstrom durchströmbar ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Aufnahmevorrichtung für die wenigstens eine Elektronikkomponente des Kraftfahrzeugs. Stromabwärts des Verdampfers ist eine Luftleitung an den Klimakasten angeschlossen, wobei wiederum ein Gehäuse der Aufnahmevorrichtung mit der Luftleitung versehen ist, und wobei die Luftleitung zum Kühlen der Elektronikkomponente von einem Teilstrom des Luftstroms durchströmbar ist.
-
Elektronikkomponenten im Rahmen der Erfindung umfassen jegliche Art herkömmlicher elektronischer Bauteile sowie auch jegliche Art elektrischer Bauteile. Die Aufnahmevorrichtung, insbesondere deren Gehäuse kann beispielsweise Platinen oder Steckplätze zur Aufnahme von Elektronikkomponenten aufweisen, die eine mechanische Fixierung bei gleichzeitiger elektrischer Kontaktierung ermöglichen. Der Luftstrom kann eine gewünschte Temperatur einnehmen, und kann insbesondere gekühlte Luft darstellen, die eine im Vergleich mit einer vorherrschenden Umgebungstemperatur und/oder der Temperatur einer Elektronikkomponente geringere Temperatur aufweist. Zur Erreichung einer niedrigeren Temperatur wird im Verdampfer des Klimakastens beispielsweise gemäß fachbekannten Prinzipien ein Kältemittel von einem hohen Druck auf einen niedrigeren Druck entspannt, kühlt sich dabei ab und kann entsprechend Wärme aus der Umgebung aufnehmen. Die Wärme wird dabei dem am Verdampfer vorbeigeleiteten Luftstrom entzogen, der sich dadurch abkühlt. Der Luftstrom kann sich passiv fortbewegen, etwa durch Konvektionsströmungen, oder vorzugsweise aktiv transportiert werden, etwa durch ein oder mehrere Gebläse innerhalb des Klimakastens.
-
Der Luftstrom ist teilbar, wobei ein Teilstrom in die Luftleitung des Gehäuses der Aufnahmevorrichtung einleitbar ist und ein mehr oder weniger großer Reststrom für die herkömmliche Funktion einer Klimaanlagen, also die Temperierung der Fahrgastzelle verbleibt. Der Luftstrom ist an die stromabwärts vom Verdampfer an den Klimakasten angeschlossene Luftleitung einleitbar und mittels dieser zum Gehäuse der Aufnahmevorrichtung leitbar, so dass zu diesem durch den Verdampfer abgekühlte Luft gelangt.
-
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist das Gehäuse der Aufnahmevorrichtung dergestalt mit der Luftleitung versehen, dass diese an der Außenseite des Gehäuses verläuft und zu einer Abkühlung des Gehäuses und indirekt damit zu einer Abkühlung des von dem Gehäuse umgrenzten Luftraums mit den darin befindlichen Elektronikkomponenten führt. Gemäß einer alternativen Ausführungsform verläuft die Luftleitung an der Innenseite des Gehäuses, befindet sich also im gleichen Raum wie die Elektronikkomponenten, so dass vorteilhaft eine effizientere Kühlung erfolgen kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Luftleitung im Bereich der Aufnahmevorrichtung in das Gehäuse integriert, also in die Gehäusewand. Die Kühlung der Elektronikkomponenten erfolgt indirekt durch Abkühlung der Gehäusewand durch die innerhalb der Luftleitungen befindliche Luft, wobei die gekühlte Gehäusewand ihrerseits zu einer Abkühlung der die Elektronikkomponenten direkt umgebenden Luft führt. Da der Teilstrom in allen vorgenannten Fällen nicht direkt auf die Elektronikkomponenten geleitet wird und mit diesen in Kontakt tritt, wird in vorteilhafter Weise eine Funktionsbeeinträchtigung oder Verschmutzung der Elektronikkomponenten durch in der Luft mitgeführte Partikel oder chemische Bestandteile vermieden.
-
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Teilluftstrom nach Durchströmen der Luftleitung stromabwärts von der Anschlussstelle der Luftleitung wieder in den Luftstrom des Klimakastens einleitbar ist. Das Einleiten des durch die Elektronikkomponenten erwärmten Teilstroms erfolgt insbesondere im Bereich eines Heizmittels, das stromabwärts vom Verdampfer im Luftstrom angeordnet ist.
-
Das Gehäuse der Aufnahmevorrichtung kann räumlich vollständig vom Klimakasten getrennt sein, so dass die einzige Verbindung über die Luftleitung erfolgt. Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist das Gehäuse der Aufnahmevorrichtung wenigstens teilweise an den Klimakasten angespritzt. Dementsprechend können der Klimakasten und das Gehäuse der Aufnahmevorrichtung einteilig ausgebildet sein, oder wenigstens ein Teil des Gehäuses der Aufnahmevorrichtung stellt gleichzeitig einen Teil des Klimakastens beziehungsweise der Wand des Klimakastens dar. In diesem Fall kann eine Kühlung der Elektronikkomponenten zusätzlich durch den Wärmetransport über die gemeinsame Wand erfolgen und vorteilhaft die Kühlungswirkung verstärken.
-
Wenngleich vorstehend jeweils auf eine Luftleitung Bezug genommen wurde, so kann das Gehäuse für eine bessere Kühlung selbstverständlich mit mehreren Luftleitungen versehen sein, beziehungsweise eine im Gehäuse integrierte Luftleitung sich nach einer Eintrittsöffnung in die Gehäusewand innerhalb der Gehäusewand in mehrere Teilarme aufspalten. Ein Einleiten der Luft in die Luftleitung kann dadurch erfolgen, dass eine Eintrittsöffnung der Luftleitung im Klimakasten positioniert ist, womit die innerhalb des Klimakastens befindliche Luft einen direkten Zugang zu dem Luftkanal hat. Die Eintrittsöffnung kann sich auf gleicher Ebene wie die damit durchbrochene Wand des Klimakastens befinden, oder die Luftleitung kann sich stutzenartig in über die Wand des Klimakastens erheben und in den Luftstrom ragen.
-
Besondere Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehen vor, dass der Klimakasten wenigstens eine Klappe aufweist, mit welcher ein Teilstrom des Luftstroms beeinflussbar ist, beispielsweise auf eine Luftleitung richtbar oder von dieser wegleitbar ist. Entsprechend ist der Teilstrom des Luftstroms beeinflussbar, der durch die Luftleitung strömt. Wird ein stärkerer Luftstrom auf eine Luftleitung gerichtet, so ist ein stärkerer Kühleffekt erzielbar. Ist beispielsweise aufgrund der Temperatur der Elektronikkomponenten keine Kühlung erforderlich, so können die Klappe oder die Klappen so eingestellt werden, dass ein Teilstrom nicht oder wenigstens nicht in maximal möglicher Stärke auf eine Luftleitung beziehungsweise deren Eintrittsöffnung im Klimakasten gerichtet wird, und dementsprechend verstärkt für eine Temperierung oder Kühlung anderer Bereiche des Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht. Wird dagegen eine Kühlung der Elektronikkomponente benötigt, so ist mittels der Klappe oder der Klappen ein verstärkter Teilstrom für diesen Zweck bereitstellbar.
-
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung wenigstens einer in einem Gehäuse einer Aufnahmevorrichtung eines Kraftfahrzeugs befindlichen Elektronikkomponente. Im Rahmen des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen eines Luftstroms durch einen Klimakasten einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, der einen Verdampfer aufweist, und weiterhin ein Durchleiten eines Teilstroms des Luftstroms durch eine stromabwärts vom Verdampfer an den Klimakasten angeschlossene Luftleitung eines Gehäuses der Aufnahmevorrichtung. Durch den durchgeleiteten, vom Luftstrom abgezweigten Teilstrom wird die Luftleitung beziehungsweise das Gehäuse der Aufnahmevorrichtung gekühlt, so dass von den innerhalb des Gehäuses befindlichen Elektronikkomponenten erzeugte Wärme abgeführt wird.
-
Das Verfahren eignet sich naturgemäß zum Betreiben der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung. Nach Durchleiten des Teilstroms durch die Luftleitung und erfolgter Kühlung des Gehäuses beziehungsweise der darin befindlichen Elektronikkomponenten kann der Teilstrom die Luftleitung an einer beliebigen Stelle verlassen, beispielsweise an die Außenwelt abgegeben werden. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt nach Durchströmen der Luftleitung durch den Teilstrom stromabwärts von der Anschlussstelle der Luftleitung ein Einleiten des Teilstroms in den Luftstrom des Klimakastens. Besondere Weiterbildungen sehen vor, dass der Teilstrom, der durch Aufnahme der von den Elektronikkomponenten abgegebenen Wärmeenergie nun selbst eine höhere Temperatur als bei seinem Abzweigen vom Luftstrom des Klimakastens aufweist, im Bereich einer stromabwärts vom Verdampfer im Luftstrom des Klimakastens befindlichen Heizmittels eingeleitet wird.
-
Ebenfalls im Rahmen der Erfindung erfasst ist eine Möglichkeit zur Regelung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei wird eine Ist-Temperatur der Elektronikkomponenten in der Aufnahmevorrichtung ermittelt. Für den Fall, dass die Ist-Temperatur eine vorgebbare Grenztemperatur erreicht oder überschreitet, wird gekühlte Luft mit einer unterhalb der Grenztemperatur liegenden Temperatur durch die Kraftfahrzeug-Klimaanlage bereitgestellt. Die Grenztemperatur kann beispielsweise werksseitig auf der Grundlage bekannter zulässiger Temperaturbereiche für die Elektronikkomponenten oder durch einen Benutzer vorgegeben sein. Das Bereitstellen kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine nicht eingeschaltete Klimaanlage durch das Verfahren autonom aktiviert wird, oder bei eingeschalteter Klimaanlage die bisherige, für eine ausreichende Kühlung der Elektronikkomponenten nicht ausreichende Temperatur der gekühlten Luft des Luftführungsgehäuses autonom auf einen niedrigeren Wert gesenkt wird. Weiterhin kann ein Gebläse aktiviert oder auf eine höhere Leistung geschaltet werden, das den Luftstrom im Klimakasten bewirkt. Die Steuerung kann weiterhin umfassen das Bereitstellen des Teilstroms. So kann beispielsweise bei einem bereits vorliegenden Luftstrom die Position einer Klappe so verändert werden, dass ein stärkerer Teilstrom durch die Luftleitung strömt. Im Rahmen der Regelung kann das Bereitstellen des Teilstroms oder des Luftstroms enden oder verringert werden, sobald die Grenztemperatur wieder unterschritten wird. Weiterhin vorsehbar ist die Möglichkeit einer obligatorischen Kühlung bei Erreichen der Grenztemperatur selbst im Falle eines außer Betrieb befindlichen Kraftfahrzeugs.
-
In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung umfasst oder in dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wurde.
-
Auf implizite Offenbarungen hinsichtlich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die im Rahmen der Besprechung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemacht wurden, und umgekehrt, wird ebenfalls Bezug genommen.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie den Beispielen, in denen, gegebenenfalls unter Bezug auf die Figuren, Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Objekte sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
-
2 einen schematischen Schnitt durch alternative Ausführungsformen von Gehäusen und Luftleitungen
-
3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In einem Kraftfahrzeug 10, das nur als Ausschnitt gezeigt ist, befindet sich ein Klimakasten 20 einer mit ihren restlichen Komponenten wie etwa Kompressor oder Kondensator nicht gezeigten Kraftfahrzeug-Klimaanlage. Der Klimakasten 20 beinhaltet einen Verdampfer 30, in dem Treibmittel der Umgebung Wärme entzieht, beispielsweise nach Entspannung von einem hohen Druck auf einen niedrigen Druck durch ein der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigtes Reduzierventil. Ein in 1 durch drei parallele gestrichelte Pfeile symbolisierter Luftstrom 40 strömt in Pfeilrichtung am Verdampfer 30 vorbei und wird dabei abgekühlt. An den Klimakasten 20 ist stromabwärts vom Verdampfer 30 eine Luftleitung 50 angeschlossen, die im beispielhaft gezeigten Fall stutzenartig in den Klimakasten 20 und auch in den Luftstrom 40 ragt. Dadurch entsteht ein Staudruck und es wird von dem Luftstrom 40 ein Teilstrom 45 abgezweigt, der in 1 durch einen gepunkteten Pfeil symbolisiert ist und die Luftleitung 50 durchströmt. Ein im schematischen Schnitt dargestelltes Gehäuse 70 einer Aufnahmevorrichtung 60 ist mit der Luftleitung 50 versehen, die im gezeigten Fall im Gehäuse 70, also der Gehäusewand integriert ist. Im Gehäuse 70 befinden sich Elektronikkomponenten 80, die Wärme abgeben. Der durchgeleitete Teilstrom 45 kühlt das Gehäuse 70 ab und führt somit die von den Elektronikkomponenten 80 Wärme ab.
-
In 2 sind alternative Ausführungsformen von Gehäusen 70 und Luftleitungen 50 in schematischen Schnittdarstellungen gezeigt. In der linken Teilfigur verläuft eine sich aufzweigende Luftleitung 50 an der Außenseite eines Gehäuses 70 und vereinigt sich an der gegenüberliegenden Seite wieder. Eine Kühlung der im Gehäuse 70 befindlichen Elektronikkomponenten 80 erfolgt indirekt durch Kühlung der Wand des Gehäuses 70. In der rechten Teilfigur verläuft eine Luftleitung 50 im Inneren eines Gehäuses 70, wobei ebenfalls eine Aufzweigung in zwei Teilleitungen gezeigt ist, die sich an einer gegenüberliegenden Seite wieder vereinigen und aus dem Innenraum des Gehäuses 70 austreten. Eine Kühlung der Elektronikkomponenten 80 erfolgt durch Abkühlung der Luft im Innenraum des Gehäuses 70 und gegebenenfalls durch Abkühlung der Wand des Gehäuses 70.
-
3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer einfachen Ausführungsform. In einem Verfahrensschritt 500 erfolgt ein Bereitstellen eines Luftstroms 40 durch einen Klimakasten 20 einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, der einen Verdampfer 30 aufweist. In einem Verfahrensschritt 600 erfolgt ein Durchleiten eines Teilstroms 45 des Luftstroms 40 durch eine stromabwärts des Verdampfers 30 an den Klimakasten 20 angeschlossene Luftleitung 50 eines Gehäuses 70 der Aufnahmevorrichtung 60. In einem fakultativen Verfahrensschritt 700 erfolgt ein Einleiten des stromabwärts von einem Verdampfer 30 mittels der Luftleitung 50 aus dem Luftstrom 40 entnommenen Teilstroms 45 stromabwärts von der Anschlussstelle der Luftleitung 50 in den Luftstrom 50 des Klimakastens 20.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007029635 A1 [0002]