-
Die Erfindung geht von einer Kühlanordnung für ein Kraftfahrzeugsteuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aus. Sie betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Kühlanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5 und ein Kraftfahrzeugsteuergerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
-
Eine Vorrichtung zur Kühlung eines elektronischen Bauelements eines Kraftfahrzeugsteuergeräts ist beispielsweise der
DE 103 17 705 A1 zu entnehmen. Die Vorrichtung umfasst dabei ein Gehäuse mit einem Bodenabschnitt, an dem ein elektronisches Steuergerät, beispielsweise eines Autos, angeordnet ist, wobei im Bodenabschnitt eine einen Kühlkanal umfassende Kühlvorrichtung integriert ist. Dieser Kanal wird von einer Flüssigkeit durchströmt, um Wärme aus dem Gehäuse abzuführen. Durch den geringen Abstand zwischen Kühlkanal und Steuergerät soll die Wärme effektiv abgeführt werden.
-
Ferner werden bei Kraftfahrzeugsteuergeräten in Fahrzeugen, beispielsweise bei solchen zur Steuerung von Kombiinstrumenten, auch Kühlvorrichtungen mit einem Kühlkörper eingesetzt, die Wärme leitend mit dem Kraftfahrzeugsteuergerät verbunden sind und Wärme über passive oder aktive Konvektion der Luft, also durch einen Lüfter, abführen.
-
Aus der
WO 2012/150953 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die beidseitig einer als Hitzesenke verwendeten Platte elektrische Bauelemente wie eine Kapazität und einen Hochleistungstransistor aufweist. Zur Kühlung der Platte wird eine Kühlflüssigkeit durch diese hindurchgeführt, die beispielsweise zur Hälfte aus Wasser und zur Hälfte aus einem Glykol bestehen kann. Durch einen engen Kontakt an beiden Seiten der Platte und die beidseitige Nutzung der Platte soll die Wärme effektiv abgeführt werden.
-
Aus der
DE 10 2009 035 494 A1 ist eine Hochleistungsbatterie für ein Kraftfahrzeug mit einer Kühlvorrichtung bekannt, wobei die flächenförmig ausgebildete Kühlvorrichtung in thermischen Kontakt mit der Batterie steht und gleichzeitig in elektrischem Kontakt mit einem der Pole der Batterie steht. Durch Kanäle in der Kühlvorrichtung wird zur verbesserten Kühlung der Batterie ein nicht leitfähiges Kühlmittel hindurchgeführt, beispielsweise destilliertes Wasser oder Transformatorenöl.
-
Die
DE 10 2004 054 060 B3 beschreibt einen Energiespeicher, welcher Doppelschicht-Kondensatoren umfasst. Mehrere Doppelschichtkondensatoren bilden jeweils ein Kondensator-Modul, wobei jedes Kondensator-Modul ein Modulgehäuse aufweist. Die jeweiligen Kondensator-Module werden durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt. Dazu wird das Modulgehäuse mit der Kühlflüssigkeit durchströmt.
-
Die
US 2013/0 087 307 A1 beschreibt eine Anordnung zur Flüssigkeitskühlung elektronischer Bauteile. Die elektronischen Bauteile sind dazu in einem Gehäuse angeordnet, welches von einem Kühlmedium durchströmt wird.
-
Die
DE 689 25 939 T2 beschreibt ein Gehäuse für eine elektronische Vorrichtung. Das Gehäuse umfasst ein wärmeisolierendes Vakuumgefäß, in dem elektronische Bauelemente angeordnet sind. Das wärmeisolierende Vakuumgefäß wird zur Kühlung der elektronischen Bauteile von einem kryogenen Mittel durchströmt.
-
Aus der
JP 2008 41 806 A geht eine elektronische Schaltungsanordnung hervor. Die elektronische Schaltungsanordnung ist in einem Gehäuse angeordnet, welches von einem Kühlmittel durchströmt wird.
-
Aus der
DE 10 2004 051 608 A1 geht eine Kühleinrichtung für Fahrzeuge hervor. Die Kühleinrichtung umfasst einen ersten Kühlkreislauf, der zur Kühlung eines Fahrgastraums des Fahrzeugs vorgesehen ist und der von einem ersten Kühlmittel durchströmt ist. Des Weiteren umfasst die Kühleinrichtung einen zweiten Kühlkreislauf, an dem eine zu kühlende Elektronik angeschlossen ist. Der zweite Kühlkreislauf wird von einem zweiten Kühlmittel durchströmt und ist thermisch mit dem ersten Kühlkreislauf gekoppelt.
-
Diese bekannten Vorrichtungen weisen allerdings den Nachteil auf, dass die Abführung der Wärme durch die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Kühlkörpers und der Materialien zwischen Kühlkörper und elektrischem oder elektronischem Bauelement begrenzt ist. Eine Abführung der Wärme durch Konvektion ist zusätzlich ungünstig, da bei passiver Konvektion die Wärmeabfuhr relativ gering ist, während bei aktiver Konvektion das Lüftergeräusch störend ist.
-
Diese Probleme verschärfen sich mit fortschreitender Entwicklung, denn durch die immer umfangreichere Fahrzeugelektronik und insbesondere durch den verstärkten Einsatz von leistungsfähigen Prozessoren in Kraftfahrzeugsteuergeräten nimmt die Wärmeerzeugung auf engem Raum immer mehr zu.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kühlanordnung für ein Kraftfahrzeugsteuergerät, ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeugsteuergerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche eine geräuscharme und verbesserte Kühlung ermöglichen, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug zur Kühlung eines Kraftfahrzeugsteuergeräts eines Kombiinstruments.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlanordnung für ein Kraftfahrzeugsteuergerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 sowie durch ein Kraftfahrzeugsteuergerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Bei der erfindungsgemäßen Kühlanordnung für ein Kraftfahrzeugsteuergerät ist die Kühlung gegenüber den bekannten Vorrichtungen verbessert, da nicht wie bei diesen der Wärmeübertrag an einen Kühlkörper durch die Materialeigenschaften des Kühlkörpers und der Verbindung zum elektronischen Bauelement begrenzt ist. Bei der erfinderischen Lösung wird der Wärmeübertrag nicht nur durch die Eigenschaften des Kühlmittels bestimmt, sondern auch durch die Durchflussmenge. Damit kann die Kühlleistung verbessert werden und ist gleichzeitig an die aktuelle tatsächliche Wärmeleistung anpassbar.
-
Mit anderen Worten kann die Wärmeabfuhr aktiv gesteuert werden. Gleichzeitig ist durch die direkte Umspülung an einer gemeinsamen Grenzfläche von Kühlmittel und elektronischem Bauelement eine gleichmäßigere Kühlung möglich. Der dabei entstehende direkte Kontakt bzw. die Berührung zwischen zu kühlendem elektronischen Bauelement und dem Kühlmittel sorgt für eine besonders effiziente Wärmeabfuhr.
-
Hierbei ist festzuhalten, dass die elektronischen Bauelemente, die erfindungsgemäß gekühlt werden können, vielfältig sind und insbesondere alle Arten von Widerständen, Kapazitäten, Induktivitäten und ähnliche Bauelemente sowie komplexere Einheiten wie Prozessoren, Chips und ähnliche Logikelemente umfassen. Ferner sind unter Schaltungsanordnung alle komplexen elektronischen Schaltungen zu verstehen, die der Steuerung von Kraftfahrzeugsteuergeräten dienen können bzw. die Steuerfunktionen in solchen ausführen. Insbesondere kann die Schaltungsanordnung auch eine Leiterplatte (printed circuit board) und auf der Leiterplatte angeordnete oder ausgebildete Bauelemente umfassen.
-
Unter einer gemeinsamen Grenzfläche bzw. einem direkten Kontakt ist zu verstehen, dass in einem Bereich des elektronischen Bauelements dessen festes Material unmittelbar benachbart zu der Flüssigkeit des Kühlmittels ist, und zwar ohne dass andere Stoffe dazwischen liegen. Damit wird die Wärme an der Grenzfläche zwischen der festen Phase des elektronischen Bauelements und der flüssigen Phase des Kühlmittels unmittelbar durch Molekülstöße zwischen Molekülen der beiden Materialien von dem elektronischen Bauelement auf das kühlere Kühlmittel übertragen. Unter Umspülen ist zu verstehen, dass das Kühlmittel eine aktiv angetriebene oder gesteuerte Fließbewegung an solchen Grenzflächen ausführt.
-
Erfindungsgemäß erfolgt eine elektrische Verbindung der Schaltungsanordnung mit Komponenten des Kraftfahrzeugsteuergeräts außerhalb des Gehäuses im Innern eines die Position der Schaltungsanordnung innerhalb des Gehäuses festlegenden Halteelements, wobei das Halteelement in einem Bereich mit der Schaltungsanordnung verbunden ist, in dem nicht das mindestens eine elektronische Bauelement angeordnet ist.
-
Besonders vorteilhaft ist für die erfindungsgemäße Kühlanordnung mit dem Kraftfahrzeugsteuergerät hierbei, wenn gemeinsame Grenzflächen bzw. direkte Kontakte mit möglichst vielen elektronischen Bauelementen der Schaltungsanordnung bestehen. Begrenzt wird dabei die Zahl der kontaktierten Bauelemente nur durch deren Anbringung, beispielsweise an der Leiterplatte der Schaltungsanordnung, durch die Halteelemente, die die Schaltungsanordnung in dem Gehäuse fixieren, sowie durch die Notwendigkeit die Schaltungsanordnung mit zugehörigen anderen Elementen zu verbinden, beispielsweise mit dem Anzeigefeld eines Kombiinstruments. Im Idealfall ist ein Halteelement ausreichend, in dem gleichzeitig die elektrische Verbindung zu den anderen Elementen realisiert ist, und dieses Halteelement ist an einem Bereich der Schaltungsanordnung angebracht, an dem keine Wärme erzeugenden Komponenten, also insbesondere keine der elektronischen Bauelemente, angeordnet sind, sodass alle elektronischen Bauelemente der Schaltungsanordnung mit dem Kühlmittel gemeinsame Grenzflächen aufweisen bzw. in direkten Kontakt kommen. Somit sind alle stark Wärme erzeugenden Komponenten der Schaltungsanordnung durch direkten Kontakt mit dem Kühlmittel gekühlt.
-
Je nach Art und Form der Schaltungsanordnung und Anordnung der elektronischen Bauelemente können aber auch mehrere Halteelemente vorgesehen sein, von denen einige oder alle Verbindungen der Schaltungsanordnung mit anderen Komponenten aufweisen.
-
Die Verwendung eines elektrisch nicht leitenden Kühlmittels erfolgt, um eine elektrische Überbrückung von Komponenten des elektronischen Bauelements oder zwischen verschiedenen elektronischen Bauelementen der Schaltungsanordnung zu vermeiden. Damit wird die Notwendigkeit vermieden, elektronische Bauelemente mit isolierenden Schichten zu überziehen oder teilweise mit einem isolierenden Körper zu umgeben. Dies kann einerseits kostspieliger sein und kann andererseits eine schlechtere Wärmeabfuhr zur Folge haben.
-
Als elektrisch nicht leitend sind dabei im Sinne der Erfindung alle Kühlmittel anzusehen, deren Leitfähigkeit so gering ist, dass eine Überbrückung, ein Überschlag oder ein Kurzschluss durch das Kühlmittel hindurch ausgeschlossen ist. Dies bedeutet, dass abhängig von den auftretenden Spannungen und Abständen der elektronischen Bauelemente der Schaltungsanordnungen auch Kühlmittel mit einer begrenzten Leitfähigkeit in Betracht kommen können. Jedoch sind Spannungen und Abstände bei üblichen Schaltungsanordnungen von Kraftfahrzeugsteuergeräten so, dass bevorzugt nur Kühlmittel mit einer äußerst geringen oder ohne Leitfähigkeit eingesetzt werden.
-
Als elektrisch nicht leitende Kühlmittel kommen dabei auch solche in Betracht, die nur unter Bedingungen oder bei Spannungen leitfähig werden, die bei der verwendeten Schaltungsanordnung nicht auftreten. Insbesondere sind viele Stoffe, die ab einer gewissen Durchschlagspannung leitend sind, im Rahmen der üblichen Spannungen bei vielen elektronischen Bauelementen elektrisch nicht leitend und solche Stoffe sind ebenfalls als elektrisch nicht leitend im Sinne der Erfindung zu verstehen.
-
Beispiele für geeignete Kühlmittel sind destilliertes Wasser, verschiedene Öle oder auch Mischkühlmittel. Bei besonderem Kühlbedarf können auch bestimmte verflüssigte Gase, wie Stickstoff oder Kohlendioxid, verwendet werden, sofern ihre Leitfähigkeit gering genug ist. Im Rahmen des Einsatzes bei einem Kraftfahrzeugsteuergerät hat sich aber beispielsweise NovecTM High-Tech Flüssigkeiten des Herstellers 3MTM als besonders vorteilhaft erwiesen. Bevorzugt sind auch insbesondere solche elektrisch nicht leitende Kühlmittel, die eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
-
Die Ausführung des Gehäuses als Hohlkörper ermöglicht den Durchfluss einer großen Kühlmittelmenge und so eine verbesserte Wärmeabfuhr. Damit können auch mehrere Schaltungsanordnungen in dem Gehäuse angeordnet werden und ihre elektronischen Bauelemente effizient gekühlt werden. In dem Hohlkörper können je nach Form und Position des elektronischen Bauelements sowie der Schaltungsanordnungen Labyrinth-, Umlenk- oder Kanalstrukturen angeordnet sein, um ein optimales Umfließen der elektronischen Bauelemente zu gewährleisten. Insbesondere sind Bereiche ohne, mit geringer Strömung oder überflüssiger Wirbelbildung zu vermeiden. Hingegen kann eine durch eine Umlenkstruktur gezielt erzeugte Wirbelbildung nahe einer Schaltungsanordnung dazu dienen, die Kühlung in Bereichen mit Unebenheiten der Schaltungsanordnung zu verbessern. Hierbei ist insbesondere an Senken zwischen hervorstehenden elektronischen Bauelementen zu denken, an denen eine lineare Kühlmittelströmung vorbeigehen würde, ohne viel von dem in der Senke befindlichen Kühlmittel auszutauschen.
-
Zwar muss die Menge an Kühlmittel lediglich so groß sein, dass die Schaltungsanordnung von Kühlmittel umspült werden kann. Jedoch ist es bei vielen Anwendungen, insbesondere bei einem fahrenden Fahrzeug, vorteilhaft, genug Kühlmittel zu verwenden, um das Gehäuse bzw. den Hohlkörper und den Kühlmittelkreislauf damit vollständig zu füllen. Damit ist immer eine vollständige Bedeckung der zu kühlenden elektronischen Bauelemente der Schaltungsanordnung gewährleistet.
-
Im Allgemeinen müssen weitere Elemente bzw. Komponenten mit der Schaltungsanordnung verbunden werden, die aber von außen zugänglich sein müssen bzw. außerhalb des Gehäuses liegen müssen, beispielsweise Anzeigeelemente wie mechanische oder elektrische Anzeigen (Tachometer), LCD- oder Head-Up-Displays bzw. das Anzeigeelement einer Kombiinstruments. Solche Elemente bzw. Komponenten werden vorteilhaft außen an dem Gehäuse angeordnet oder angebracht oder sind direkt als Teil einer Außenwand des Gehäuses ausgebildet. Einerseits können diese Elemente dann ebenfalls durch den Kontakt mit dem von innen durch das Kühlmittel gekühlten Gehäuse bzw. direkten Kontakt mit dem Kühlmittel gekühlt werden. Andererseits kann auf eine zusätzliche Haltestruktur für die weiteren Elemente bzw. Komponenten verzichtet werden.
-
Der Kühlmittelkreislauf umfasst bevorzugt für eine verbesserte Wärmeabfuhr einen Wärmetauscher zum Abführen der Wärme an die Umgebung sowie eine Pumpvorrichtung zur Steuerung des Kühlmitteldurchsatzes. Bei der Anordnung in einem Fahrzeug ist der Wärmetauscher bevorzugt an, in oder bei einer Klimaanlage des Fahrzeugs anzuordnen. So können die im Fahrzeug bestehenden Systeme zur Wärmeregulierung für eine verbesserte Abfuhr der Wärme genutzt werden.
-
Ferner gibt es keine Beschränkung auf nur ein elektronisches Bauelement, nur ein Gehäuse oder nur eine Schaltungsanordnung. Es können auch mehrere Gehäuse mit einer jeweils unterschiedlichen Anzahl an Schaltungsanordnungen mit jeweils einer unterschiedlichen Anzahl und/oder Anordnung von elektronischen Bauelementen angeordnet werden und durch einen einzigen Kühlmittelkreislauf gekühlt werden. Dabei kann gegebenenfalls die Kühlleistung durch mehr Kühlmittel führende Leitungen und entsprechende Kühlmittel- und Wärmeabgabeanschlüsse bzw. durch größere Durchmesser dieser Komponenten angepasst werden. Bevorzugt werden dabei die verschiedenen Gehäuse nacheinander von dem Kühlmittel durchströmt. Jedoch kann auch eine parallele Durchströmung vorgesehen werden, wenn die Wärmeentwicklung in einem Gehäuse so groß ist, dass das daraus austretende Kühlmittel zu warm zum Kühlen eines weiteren Gehäuses bzw. der elektronischen Bauelemente der Schaltungsanordnungen darin ist. Insbesondere können so in einem Fahrzeug mehrere Kraftfahrzeugsteuergeräte durch einen Kühlmittelkreislauf gekühlt werden.
-
Ferner kann ein Verfahren mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt werden. Dabei kann das Verfahren insbesondere entsprechend der oben und der in den Ansprüchen 2 bis 4 offenbarten möglichen Merkmale der Kühlanordnung mit dem Kraftfahrzeugsteuergerät sowie entsprechend der in den Ansprüchen 5 und 6 offenbarten möglichen Merkmale des Kraftfahrzeugs mit einer Kühlanordnung verändert werden.
-
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kühlanordnung für ein Kraftfahrzeugsteuergerät ist neben der verbesserten Kühlung durch direkten Wärmeübertrag auf das Kühlmittel ohne Wärmeabfuhr an die Umgebung erzielbar, indem das Gehäuse ausreichend elektrisch leitend ausgebildet ist bzw. soweit leitende Materialien umfasst, dass es insgesamt ausreichend leitend ist. Dadurch ergibt sich eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit bzw. ein verbesserter EMV-Schutz. Durch das geschlossene und elektrisch leitende Gehäuse wird die Schaltungsanordnung des Kraftfahrzeugsteuergeräts sehr gut gegen elektrische und elektromagnetische Effekte anderer Geräte abgeschirmt und gleichzeitig werden solche vom Kraftfahrzeugsteuergerät ausgehenden Effekte stark reduziert.
-
Eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit des Gehäuses ist beispielsweise erzielbar, indem das Gehäuse insgesamt oder in Teilen aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist, z. B. aus einem entsprechenden Metall. Es können jedoch auch für die Abdichtung elektrisch leitende Materialien oder Schichten verwendet werden. Alternativ können zusätzliche leitfähige Elemente außen oder innen an dem Gehäuse angeordnet werden oder Teil des Gehäuses sein, wie beispielsweise eine entsprechende elektrisch leitende Schicht oder Leiter umfassende Strukturen wie ein Metallnetz oder -gitter.
-
Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeugsteuergerät. Das Kraftfahrzeugsteuergerät weist ein Gehäuse mit einem Kühlmittelzuführanschluss zum Anschließen einer ersten Kühlmittelleitung eines Kühlmittelkreislaufes zum Zuführen eines Kühlmittels sowie einem Kühlmittelabführanschluss zum Anschließen einer zweiten Kühlmittelleitung des Kühlmittelkreislaufes zum Abführen des Kühlmittels auf. Ferner ist das Gehäuse flüssigkeitsdicht ausgebildet. Des Weiteren umfasst das Kraftfahrzeugsteuergerät eine in dem Gehäuse angeordnete Schaltungsanordnung mit mindestens einem daran angeordneten elektronischen Bauelement, wobei die Schaltungsanordnung derart in dem Gehäuse angeordnet ist, dass das mindestens eine elektronische Bauelement zumindest teilweise an mindestens einer gemeinsamen Grenzfläche des mindestens einen elektronischen Bauelements von dem Kühlmittel umströmbar ist, wobei das Kühlmittel elektrisch nicht leitend ist. Eine elektrische Verbindung der Schaltungsanordnung erfolgt mit mindestens einer weiteren Komponente des Kraftfahrzeugsteuergeräts außerhalb des Gehäuses im Inneren eines die Position der Schaltungsanordnung innerhalb des Gehäuses festlegenden Halteelements, wobei das Halteelement in einem Bereich mit der Schaltungsanordnung verbunden ist, in dem nicht das mindestens eine elektronische Bauelement angeordnet ist.
-
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsteuergeräts mit Kühlung eines elektronischen Bauelements.
-
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines flüssigkeitsgekühlten Kraftfahrzeugsteuergeräts 10, bei dem mindestens ein elektronisches Bauelement 12 gekühlt wird. Das Kraftfahrzeugsteuergerät 10 umfasst eine Schaltungsanordnung 14 mit mehreren elektronischen Bauelementen 12 darauf, ein Gehäuse 20, an dem ein Kühlmittelzuführanschluss 22 und ein Kühlmittelabführanschluss 24 angeordnet sind und das als Hohlkörper ausgebildet ist, und einen Kühlmittelkreislauf 30, in dem ein Wärmetauscher 32 und eine Pumpvorrichtung 34 angeordnet sind.
-
Wie gezeigt, ist die Schaltungsanordnung 14 des Kraftfahrzeugsteuergeräts 10 in dem Gehäuse 20 aufgenommen und durch ein Halteelement 26 des Gehäuses 20 fixiert. Dabei weist die Schaltungsanordnung 14 eine sich in Bezug auf die Bildebene der Figur orthogonal erstreckende Oberseite und eine entsprechende Unterseite auf, wobei die elektronischen Bauelemente 12 sowohl an der Ober- als auch der Unterseite angeordnet sind (nicht maßstabsgetreu dargestellt). An diesen entsteht während des Betriebs in erheblichen Umfang Wärme.
-
Das Halteelement 26 ist hier an einer die Oberseite und Unterseite verbindenden Seitenkante bzw. Seitenfläche der Schaltungsanordnung 14 befestigt, sodass nur wenig von der an den elektronischen Bauelementen 12 erzeugten Wärme auf das Halteelement 26 übertragen wird.
-
Ein Anzeigeelement 16, zusammen mit der Schaltungsanordnung 14 Teil des Kombiinstruments des Fahrzeugs (nicht gezeigt), ist an einer Außenseite 28 des Gehäuses 20 angeordnet. Die elektrischen Verbindungen 15 zwischen der Schaltungsanordnung 14 und dem Anzeigeelement 16 sind durch das Halteelement 26 geführt. Dafür kann das Halteelement 26 wie dargestellt hohl sein oder es können fest in dem Halteelement 26 entsprechende Leitungen integriert sein.
-
Der Kühlmittelkreislauf 30, der eine erste Kühlmittelleitung 36 und eine zweite Kühlmittelleitung 38 umfasst, und das Gehäuse 20 sind vollständig mit einem elektrisch nicht leitenden Kühlmittel befüllt. Die Pumpvorrichtung 34 sorgt für eine Bewegung des Kühlmittels durch den Kühlmittelkreislauf 30 und das Gehäuse 20 (angedeutet durch die dargestellten Pfeile). Dadurch, dass die Schaltungsanordnung 14 im Inneren des Gehäuses 20 und insbesondere mit Abstand zu den Seitenwänden des Gehäuses 20 angeordnet ist, werden die Wärme erzeugenden Komponenten, also die elektronischen Bauelemente 12, der Schaltungsanordnung 14 vollständig von dem Kühlmittel kontaktiert. Durch die Strömung des Kühlmittels wird die erzeugte Wärme schnell abgeführt. Dabei befindet sich abgesehen von dem durch die restliche Schaltungsanordnung 14 verdeckten Bereich kein Material zwischen den elektronischen Bauelementen 12 und dem Kühlmittel, um eine optimale Wärmeleitung zwischen den elektronischen Bauelementen 12 und dem Kühlmittel sicherzustellen.
-
Zu beachten ist, dass das Halteelement 26 im Vergleich zur Schaltungsanordnung 14 schmal ist, also nur eine geringe Ausdehnung in der Richtung orthogonal zur Bildebene aufweist. Dadurch hat das Halteelement 26 in Strömungsrichtung nur einen kleinen Querschnitt und behindert so nur in geringem Maße die Strömung des Kühlmittels entlang der Schaltungsanordnung 14. Alternativ zu der gezeigten Anordnung kann das Halteelement 26 auch anders angeordnet werden, um eine günstigere Strömung zu gewährleisten. Beispielsweise könnten statt wie dargestellt Halteelement 26 und Schaltungsanordnung 14 nicht in Strömungsrichtung (in Figur von links nach rechts) aufeinanderfolgend angeordnet sein, sondern aufeinanderfolgend quer zur Strömungsrichtung, nämlich indem das Halteelement 26 an einer der beiden Seitenkanten der Schaltungsanordnung 14 angeordnet ist, die parallel zur Bildebene der Figur sind.
-
Es kann auch Bereiche der Schaltungsanordnung 14 geben, bei denen die Struktur der Schaltungsanordnung 14 bzw. Form und Anordnung der Wärme erzeugenden elektronischen Bauelemente 12 die Strömung des Kühlmittels so behindert, dass sie in Teilbereichen unzureichend ist. Wie hier an der Unterseite der Schaltungsanordnung 14 schematisch dargestellt (nicht maßstabsgetreu), können beispielsweise zwei Wärme erzeugende elektronische Bauelemente 12 im Vergleich zu ihrer Höhe so nah beieinanderstehen, dass das dazwischen befindliche Kühlmittel durch die in der Figur im Wesentlichen waagrecht verlaufende Kühlmittelströmung wenig durchmischt wird und dadurch an dieser Stelle wenig Wärme abgeführt wird.
-
Um diesem vorzubeugen, ist bei dem Ausführungsbeispiel die Umlenkstruktur 27 vorgesehen, die bewirken soll, dass es eine Strömung direkt in den betreffenden Bereich hinein gibt, damit eine ausreichende Durchmischung gewährleistet ist. Dabei können anstelle von Umlenkstrukturen wie der Umlenkstruktur 27 auch Kanal- oder Labyrinthstrukturen vorgesehen sein, wobei sich die genaue Wahl an der Form der Schaltungsanordnung 14 orientiert. Aber auch ohne die Umlenkstruktur 27 kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei vielen Typen von Schaltungsanordnungen 14 eine effiziente Kühlung erreichen, da es vielfach kaum solche Strukturen gibt, die strömungsarme Bereiche verursachen.
-
Durch das Anbringen des Anzeigeelements 16 an der Außenseite 28 des Gehäuses 20 kann neben der Kühlung der Schaltungsanordnung 14 auch eine teilweise Kühlung des Anzeigeelements 16 erzielt werden, indem das Kühlmittel auch mit der Außenseite 28 eine gemeinsame Grenzfläche hat, an der es an der Außenseite vorbeiströmt und die Außenseite von innen her direkt kontaktiert. Da Anzeigeelemente häufig keine sehr große Wärmeerzeugung aufweisen, genügt diese begrenzte indirekte bzw. nur auf einer Seite erfolgende Kühlung vielfach. Der Wärmetauscher 32 ist vorzugsweise in einem Bereich des Fahrzeugs angeordnet, in dem die Wärme besonders gut an die Umgebung abgeführt werden kann. Dafür eignet sich beispielsweise die Klimaanlage des Fahrzeugs.
-
Da das Kühlmittel elektrisch nicht leitend ist, kann der Betrieb der Schaltungsanordnung 14 trotz Umspülung durch das Kühlmittel mit gemeinsamen Grenzflächen bzw. direktem Kontakt erfolgen, ohne dass Probleme, wie beispielsweise Überschläge oder kühlmittelbedingte Kurzschlüsse, auftreten. Gleichzeitig wird durch das Vorbeiströmen des Kühlmittels die erzeugte Wärme schnell abgeführt. Insbesondere kann durch Steuerung der Pumpvorrichtung 34 die Strömungsgeschwindigkeit im Kühlmittelkreislauf 30 und im Gehäuse 20 reguliert werden, womit auch die Kühlleistung präzise regulierbar ist.
-
Gleichzeitig ist durch das geschlossene Gehäuse 20, wenn es in ausreichender Weise elektrisch leitend ist, ein guter EMV-Schutz gewährt und bekannte Pumpvorrichtungen 34 können mit weniger Störgeräuschen als Lüfter betrieben werden. Eine ausreichende Leitfähigkeit kann beispielsweise erzielt werden, indem das Gehäuse aus einem leitenden Material besteht oder entsprechende leitfähige Elemente angeordnet oder eingelassen sind, insbesondere in Art eines faradayschen Käfigs. Ferner lassen sich an einem Kühlmittelkreislauf 30 auch mehrere Gehäuse 20 anordnen, sodass ein Kühlmittelkreislauf 30 zur effizienten Kühlung von mehreren Kraftfahrzeugsteuergeräten 10 bzw. mehreren Schaltungsanordnungen 14 dienen kann.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in offensichtlicher Weise durch Aufbau und Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsteuergeräts ausgeführt werden. Aber das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Umrüstung bestehender Systeme genutzt werden. Beispielsweise können bei einem Kraftfahrzeugsteuergerät, das bereits ein Gehäuse 20 aufweist, in dem die Schaltungsanordnung 14 angeordnet ist, Anschlüsse 22, 24 vorgesehen werden und das Gehäuse 20 abgedichtet werden. Dann wird ein Kühlmittelkreislauf 30 mit den Anschlüssen 22, 24 verbunden und Kühlmittelkreislauf 30 und Gehäuse 20 werden mit einer entsprechenden Menge eines geeigneten elektrisch nicht leitenden Kühlmittels befüllt. Anschließend kann durch Betrieb der Pumpvorrichtung 34 eine effiziente Kühlung erreicht werden. Der Wärmetauscher 32 wird dabei an einer Stelle angeordnet, die für das Abführen der Wärme geeignet ist, beispielsweise an einer Klimaanlage eines Fahrzeugs.
