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Die Erfindung betrifft eine optische Detektionsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse, in dem zumindest eine optische Sendeeinheit zur Erzeugung von Lichtstrahlen, zumindest eine optische Empfangseinheit zum Empfangen von an einem Objekt reflektierten Lichtstrahlen, eine elektrische Steuervorrichtung und eine Kühlvorrichtung, um von der elektrischen Steuervorrichtung erzeugte Wärme abzuführen, angeordnet sind.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrassistenzsystem mit einer optischen Detektionsvorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrassistenzsystem mit einer optischen Detektionsvorrichtung.
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Bekannte optische Detektionsvorrichtung für Kraftfahrzeuge werden verwendet, um eine Umgebung des Kraftfahrzeugs zu Erfassen. Hierbei werden mit einer optischen Sendeeinheit der optischen Detektionsvorrichtung Lichtstrahlen in die Umgebung ausgesendet und an einem Objekt reflektierten Lichtstrahlen mit einer optischen Empfangseinheit der Detektionsvorrichtung empfangen. Die optische Sendeeinheit kann für das Aussenden der Lichtstrahlen eine Ablenkeinheit aufweisen, die dazu ausgelegt ist, Lichtstrahlen nacheinander in unterschiedliche Raumrichtungen abzulenken und die Umgebung somit schrittweise abzutasten. Alternativ kann die optische Sendeheit dazu ausgebildet sein, in einer Messung die gesamte Umgebung mit einem einzelnen Lichtpuls ausleuchten. Die Empfangseinheit erzeugt aus den empfangenen Lichtstrahlen Messsignale, die Informationen über den Abstand sowie dem horizontalen und vertikalen Winkel für den jeweiligen Lichtstrahl enthalten. Mittels einer elektrische Steuervorrichtung kann aus diesen Messsignalen ein 3-dimensionales Abbild der Umgebung in Form einer Punktwolke erstellt werden. Innerhalb der Punktwolke können dann mittels der elektrischen Steuervorrichtungen Objekte erkannt und die Objektinformationen für Fahrassistenzfunktionen bereitgestellt werden.
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Die elektrische Steuervorrichtung erzeugt beim Verarbeiten Wärme, durch die eine Temperatur im Gehäuse ansteigt. Ein Temperaturanstieg wirkt sich negativ auf eine Leistungsfähigkeit der Detektionsvorrichtung aus. Beispielsweise kann durch den Temperaturanstieg das Rauschen im Empfänger erhöht werden.
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Aus der
DE 10 2017 216 241 A1 ist eine Lidar-Anordnung bekannt, die eine Lasereinheit eine Empfangseinheit und eine Kühlvorrichtung zum Erzeugen einer Kühlluftströmung umfasst. Die Lasereinheit, die Empfangseinheit und die Kühlvorrichtung sind um eine Rotationsachse rotierend angeordnet sind, sodass die Kühlluftströmung zur Kühlung der rotierenden Komponenten durch die Lidar-Anordnung selbst erzeugt wird.
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In der
DE 10 2019 105 577 A1 wird eine Objekterkennungssensorbaugruppe eines Fahrzeugs offenbart. Eine Baugruppe beinhaltet ein Gehäuse, das eine Kammer aufweist. Ein Sensorfenster wird durch das Gehäuse definiert. Das Sensorfenster weist ein Sichtfeld auf. Eine Druckquelle steht mit der Kammer in Fluidverbindung. Ein Objekterkennungssensor befindet sich in der Kammer und ist benachbart zu dem Sensorfenster. Das Gehäuse weist einen Schlitz auf, der in Fluidverbindung mit der Kammer steht und dem Sichtfeld zugewandt ist. Das Gehäuse beinhaltet einen Lufteinlass und einen Strömungspfad, der sich von dem Lufteinlass zu dem Schlitz und über den Objekterkennungssensor erstreckt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeabfuhr in einer optischen Detektionsvorrichtung zu verbessern, um eine Leistungsfähigkeit der optischen Detektionsvorrichtung sicherzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optische Detektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten bevorzugte Ausführungsformen. Insbesondere wird gemäß der Erfindung die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kühlvorrichtung eine Kühlflüssigkeit enthält, um von der elektrischen Steuervorrichtung erzeugte Wärme an eine wärmeableitende Gehäusefläche des Gehäuses zu leiten.
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Die optische Detektionsvorrichtung umfasst ein Gehäuse, in dem zumindest eine optische Sendeeinheit zur Erzeugung von Lichtstrahlen, zumindest eine optische Empfangseinheit zum Empfangen von an einem Objekt reflektierten Lichtstrahlen, eine elektrische Steuervorrichtung und eine Kühlvorrichtung angeordnet sind. Während des Betriebes der optischen Detektionsvorrichtung wird von den elektrischen Komponenten der elektrischen Steuervorrichtung Wärme erzeugt. Die elektrische Steuervorrichtung erzeugt hierbei besonders viel Wärme. Die elektrische bzw. elektronische Steuervorrichtung kann beispielsweise einen Prozessor, einen FPGA (engl. Field Programmable Gate Array), einen Mikrocontroller oder ähnliche elektrische Schaltungselemente sowie Kombinationen aus vorhergehenden elektrischen Komponenten umfassen. Mittels der Steuervorrichtung können Messwerte verarbeitet bzw. ausgewertet werden. Weiterhin können Steuerbefehle erzeugt werden, die an weitere Vorrichtungen, z. B. an eine Steuervorrichtung für ein automatisiertes Fahren des Fahrzeugs, weitergeleitet werden können. Insbesondere kann mit der elektrischen Steuervorrichtung aus durch die empfangenen Lichtstrahlen erzeugten Messwerten eine 3-dimensionale Karte einer Umgebung erzeugt werden, in der Objekte erkannt werden können.
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Die optische Detektonsvorrichtung kann insbesondere ein LiDAR-Sensor sein, beispielsweise ein scannender LiDAR-Sensor. Der LiDAR-Sensor kann auch ein sogenannter Flash LiDAR-Sensor sein, der dazu ausgelegt sein, die Umgebung mit einem Lichtpuls auszuleuchten.
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Die optische Sendeeinheit kann insbesondere zumindest einen optischen Sender und optional eine Auslenkeinheit umfassen.
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Die optische Empfangseinheit kann insbesondere einen optischen Empfänger und optional eine Empfangsoptik umfassen.
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Damit die erzeugte Wärme effizient abgeleitet werden kann, enthält die Kühlvorrichtung eine Kühlflüssigkeit. Kühlflüssigkeiten weisen eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft auf. Somit kann eine Kühlflüssigkeit erzeugte Wärme besser von der elektrischen Steuervorrichtung ableiten. Die erzeugte Wärme wird an eine wärmeableitende Gehäusefläche des Gehäuses geleitet. Eine wärmeableitende Gehäusefläche ist dazu ausgelegt, Wärme beispielsweise direkt an eine Umgebung oder an ein an das Gehäuse angrenzendes Bauteil eines Kraftfahrzeugs abzuleiten. Die von der elektrischen Steuervorrichtung erzeugte Wärme wird somit von der Kühlflüssigkeit an die wärmeableitende Gehäusefläche geleitet, die die Wärme an eine Umgebung oder ein angrenzendes Bauteil des Kraftfahrzeugs ableitet. Die erzeugte Wärme wird auf diese Weise effizient von der Wärme erzeugenden elektrischen Steuervorrichtung an eine Umgebung oder ein angrenzendes Bauteil des Kraftfahrzeugs abgeführt und eine Betriebstemperatur der optischen Detektionsvorrichtung eingehalten.
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In einer Ausführungsform kann das Gehäuse in einen ersten Bereich mit optischem Sendepfad und optischem Empfangspfad und einen zweiten Bereich mit der elektrischen Steuervorrichtung unterteilt sein. Der zweite Bereich kann zumindest bereichsweise mit der Kühlflüssigkeit ausgefüllt sein und der erste Bereich frei von Kühlflüssigkeit sein. Mit der optischen Detektionsvorrichtung kann eine Umgebung der optischen Detektionsvorrichtung erfasst werden. Objekte mit einer geringen Reflektivität und/oder einer großen Distanz zur optischen Detektionsvorrichtung müssen sicher erkannt werden können. Hierzu ist es vorteilhaft, die optischen Pfade der erzeugten und der an einem Objekt reflektierten Lichtstrahlen frei von der Kühlflüssigkeit zu halten. Somit kann die Kühlflüssigkeit die Lichtstrahlen nicht beeinflussen kann. Hierfür kann gemäß dieser Ausführungsform das Gehäuse in einen ersten und einen zweiten Bereich unterteilt sein. Da im ersten Bereich der optische Sende- und der optische Empfangspfad verläuft, ist dieser frei von der Kühlflüssigkeit. Im zweiten Bereich ist die elektrische Steuervorrichtung angeordnet. Um die Wärme von der elektrischen Steuervorrichtung abzuführen ist der zweite Bereich zumindest bereichsweise mit der Kühlflüssigkeit ausgefüllt. Somit kann zum einen die von der elektrischen Steuervorrichtung erzeugte Wärme effizient abgeführt werden und zum anderen das zuverlässige Erfassen von Objekten sichergestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann in dem Gehäuse zumindest eine Dichtungsanordnung vorgesehen sein, um den ersten und den zweiten Bereich flüssigkeitsdicht voneinander zu trennen. Die Dichtungsanordnung kann dazu ausgebildet sein, den ersten und den zweiten Bereich derart voneinander zu trennen, dass keine Kühlflüssigkeit aus dem zweiten Bereich in den ersten Bereich eindringen kann. Die Dichtungsanordnung kann insbesondere noch Klebemittel umfassen, die beispielsweise zwischen dem Gehäuse und einer Leiterplatte eingebracht sind. Außer Klebemittel können auch weitere Mittel zum Einsatz kommen, die dazu geeignet sind, den ersten und den zweiten Bereich flüssigkeitsdicht voneinander zu trennen.
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Die Dichtungsanordnung kann hierbei in einer Ausführungsform eine Leiterplatte umfassen, die das Gehäuse in den ersten und den zweiten Bereich unterteilt. Da eine Leiterplatte als solche undurchlässig für Flüssigkeiten und somit auch für Kühlflüssigkeiten ist, ist eine Leiterplatte besonders dazu geeignet, als Teil der Dichtungsanordnung verwendet zu werden. Da jede optische Detektionsvorrichtung eine Leiterplatte umfasst, kann somit auf zusätzliche Trennwände im Gehäuse für die Dichtungsanordnung verzichtet werden. Je nach Anordnung von elektrischen Bauelementen auf der Leiterplatte kann hierbei eine Abschirmung des jeweiligen elektrischen Bauelementes auf der Leiterplatte gegenüber der Kühlflüssigkeit notwendig sein. Ein elektrisches Bauelement kann beispielsweise eine elektrische Komponente der elektrischen Steuervorrichtung sein. Auf eine Abschirmung kann beispielsweise verzichtet werden, wenn alle elektrischen Bauelemente auf einer der Kühlflüssigkeit abgewandten Fläche der Leiterplatte angeordnet sind.
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Weiterhin kann die Detektionsvorrichtung in einer Ausführungsform ein Austrittsfenster aufweisen, durch welches erzeugte und reflektierte Lichtstrahlen hindurchtreten können. Das Austrittsfenster kann Trennmittel umfassen, die das Gehäuse in den ersten und den zweiten Bereich unterteilen. Die Trennmittel können zumindest abschnittsweise die Dichtungsanordnung bilden. Beispielsweise können in dem Austrittsfenster Trennwände vorgesehen sein, die z. B. senkrecht auf einer Innenseite des Austrittsfensters angeordnet sind, die in einem verbauten Zustand des Austrittsfensters im Gehäuse auf eine Leiterplatte aufliegen. Der Bereich, der hierbei zwischen der Leiterplatte und dem Austrittsfenster mit den Trennwänden eingeschlossen wird, kann dann den ersten Bereich bilden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Kühlflüssigkeit eine dielektrische Kühlflüssigkeit sein. Eine dielektrische Kühlflüssigkeit bietet den Vorteil, dass ein Kontakt der dielektrischen Kühlflüssigkeit mit einem elektrischen Bauteil der optischen Detektionsvorrichtung nicht zu einem Kurzschluss innerhalb der Detektionsvorrichtung führt. Somit wird keine Abschirmung der elektrischen Bauelemente gegenüber der dielektrischen Kühlflüssigkeit benötigt. Insbesondere wird keine Abschirmung der elektrischen Komponenten der elektrischen Steuervorrichtung gegenüber der dielektrischen Kühlflüssigkeit benötigt.
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In einer besonderen Ausführungsform kann die dielektrische Kühlflüssigkeit zumindest bereichsweise elektrische Komponenten der Steuervorrichtung umgeben. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die von der elektrischen Steuervorrichtung erzeugte Wärme direkt an die dielektrische Kühlflüssigkeit abgegeben werden kann, ohne dass ein Medium wie beispielsweise Luft und/oder eine Metallabschirmung zwischen der elektrischen Steuervorrichtung und der dielektrischen Kühlflüssigkeit angeordnet ist. Somit kann die Wärme besonders effizient abgeführt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die dielektrische Kühlflüssigkeit ein Zwei-Phasen-Kühlmittel sein. Bei einem Zwei-Phasen-Kühlmittel wird ein Phasenübergang eines Kühlmittels von einer Flüssigphase zu einer gasförmigen Phase genutzt, um Wärme effizient abzuführen. Hierbei kann ein Kühlmittel verwendet werden, dass einen Siedepunkt im Bereich von ca. 50° - 70° C aufweist. Durch die von der elektrischen Steuervorrichtung erzeugten Wärme wird das Kühlmittel erwärmt, bis der Siedepunkt erreicht wird. Ist der Siedepunkt erreicht, beginnt das Kühlmittel zu verdampfen. Das aufsteigende, gasförmige Kühlmittel kann dann an der wärmeableitenden Gehäusefläche der optischen Detektionsvorrichtung kondensieren und geht wieder in eine Flüssigphase über. Das kondensierte Kühlmittel kann dann erneut Wärme aufnehmen, bis das Kühlmittel wieder gasförmig wird und zur wärmeableitenden Gehäusefläche aufsteigt.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die wärmeleitende Gehäusefläche einen Kondensatkühler umfassen. Mit einem Kondensatkühler kann das gasförmige Kühlmittel besonders schnell kondensieren und somit mehr Wärme aus dem Gehäuse abgeführt werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann in einer weiteren Ausführungsform das Gehäuse einen Zulauf und einen Ablauf aufweisen, durch welche die Kühlflüssigkeit in das Gehäuse ein- bzw. austreten kann. Weist das Gehäuse einen Zulauf und einen Ablauf auf, durch welche die Kühlflüssigkeit in das Gehäuse ein- bzw. austreten kann, so kann das Gehäuse zur Kühlung an einen Kühlkreislauf mit einer separaten Kühlvorrichtung angeschlossen werden, mit dem das Kühlmittel zusätzlich gekühlt werden kann. Das Anschließen an einen Kühlkreislauf mit einer separaten Kühlvorrichtung bietet den Vorteil, dass die separate Kühlvorrichtung nicht durch einen geringen zur Verfügung stehenden Bauraum für das Gehäuse der optischen Detektionsvorrichtung im Kraftfahrzeug begrenzt ist. Somit kann die Kühlung mit der separaten Kühlvorrichtung verbessert werden.
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Die Aufgabe wird ferner durch ein Fahrassistenzsystem mir einer erfindungsgemäßen optischen Detektionsvorrichtung und durch ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrassistenzsystem mit einer erfindungsgemäßen optischen Detektionsvorrichtung gelöst.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen schematisch:
- 1 ein Kraftfahrzeug in der Vorderansicht, welches ein Fahrassistenzsystem mit einer optischen Detektionsvorrichtung aufweist;
- 2 ein Funktionsschaubild des Kraftfahrzeugs mit dem Fahrassistenzsystem aus der 1;
- 3 eine perspektivische Darstellung einer optischen Detektionsvorrichtung des Kraftfahrzeugs aus den 1 und 2 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine perspektivische Darstellung einer optischen Detektionsvorrichtung des Kraftfahrzeugs aus den 1 und 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 eine perspektivische Darstellung einer optischen Detektionsvorrichtung des Kraftfahrzeugs aus den 1 und 2 gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 6 eine perspektivische Darstellung einer optischen Detektionsvorrichtung des Kraftfahrzeugs aus den 1 und 2 gemäß einer vierten Ausführungsform;
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In der 1 ist die Frontansicht eines Kraftfahrzeugs 10 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 10 weist eine optische Detektionsvorrichtung 11 in Form eines Laserscanner auf. Mit der optischen Detektionsvorrichtung 11 kann eine Umgebung 15 des Kraftfahrzeugs 10 abgetastet werden. Das heißt, dass die optische Detektionsvorrichtung 11 dazu ausgebildet ist, Objekte 19 in der Umgebung 15 des Kraftfahrzeugs 10 zu detektieren und die Positionen und die Abstände zu den Objekten 19 zu erfassen. Objekte 19 können beispielsweise andere Fahrzeuge, Fußgänger oder sonstige Hindernisse sein. Die optische Detektionsvorrichtung 11 kann, wie in 1 dargestellt, zentral in der vorderen Stoßstange des Kraftfahrzeugs 10 verbaut sein. Bei dieser Verbauungsposition wird ein Umgebungsbereich vor dem Kraftfahrzeug 10 überwacht. Der Umgebungsbereich, der mit einer optischen Detektionsvorrichtung 11 erfasst werden kann, wird auch als Sichtfeld bezeichnet. Je nach Anwendungszweck kann das benötigte Sichtfeld sowohl in der Ausrichtung als auch in der Ausdehnung variieren. Neben der Verbauung zentral in der Stoßstange sind daher weitere Verbauungspositionen möglich, um unterschiedliche Ausrichtungen des Sichtfeldes und damit andere Umgebungsbereiche des Kraftfahrzeugs 10 zu erfassen. Beispielsweise kann die optische Detektionsvorrichtung 11 auch im Kühlergrill, an der hinteren Stoßstange oder seitlich am Kraftfahrzeug 10 befestigt werden. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst weiterhin ein Fahrassistenzsystem 50.
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In der 2 ist ein Funktionsschaubild einiger Bauteile des Kraftfahrzeugs 10 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 10 bewegt sich in Fahrtrichtung 53. Das Funktionsschaubild soll hierbei lediglich das Funktionsprinzip eines Fahrassistenzsystems 50 bzw. Fahrerassistenzsystems mit einer optischen Detektionsvorrichtung 11 in einem Fahrzeug darstellen und nicht die räumliche Orientierung.
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Die optische Detektionsvorrichtung 11 umfasst eine optische Sendeeinheit 12 und eine optische Empfangseinheit 13 sowie eine elektrischen Steuervorrichtung 14. Die optische Sendeeinheit 12 umfasst einen optischen Sender 20, beispielsweise zumindest eine Laserdiode, insbesondere einen Kantenemitter oder eine Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) - Diode. Die optische Sendeeinheit 12 kann zudem eine Auslenkeinheit 22 umfassen, insbesondere zumindest einen rotierenden oder schwingenden Spiegel, einen Wellenleiter oder einen sogenanntes Optical Phased Array. Auf eine Auslenkeinheit 22 kann verzichtet werden, wenn die optische Sendeeinheit 12 dazu ausgelegt ist, die Umgebung 15 mit einem einzigen Lichtpuls auszuleuchten.
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Die optische Empfangseinheit 12 umfasst eine Empfangsoptik 31 und einen optischen Empfänger 30. Als Empfangsoptik 31 kann beispielsweise eine Linse, ein (Mikro-) Linsenarray oder ein Filter zum Einsatz kommen. Als optische Empfänger 30 können Photodetektoren wie eine Photodiode oder eine Lawinenphotodiode (Avalanche Photodiode - kurz APD) eingesetzt werden, sowohl einzeln als auch in Form eines eindimensionalen oder zweidimensionalen CCD-Arrays.
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Mit dem optischen Sender 20 werden Lichtstrahlen 16 erzeugt, die mittels der Auslenkeinheit 22 ausgelenkt werden. Die ausgelenkten Lichtstrahlen 17 werden dann in den Umgebungsbereich 15 ausgesendet. Die ausgelenkten Lichtstrahlen 17 werden an einem Objekt 19 reflektiert. Die reflektierten Lichtstrahlen 32 werden vom optischen Empfänger 30 empfangen, so dass ein elektrisches Signal erzeugt wird. Das elektrische Signal wird an die elektrische Steuer- und Auswerteeinrichtung 13 übertragen, die die Position und den Abstand zu dem Objekt 19 bestimmt.
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Zur Abstandsbestimmung wird das sogenannte Lichtlaufzeitprinzip angewandt. Dies bedeutet, dass die Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden der erzeugten Lichtstrahlen 16 und dem Empfangen der reflektierten Lichtstrahlen 32 bestimmt und auf Basis der Laufzeit die vom Lichtstrahl zurückgelegte Entfernung berechnet wird. Die Position des Objektes, das heißt der Winkel des Objektes zu einer Referenzachse, z. B. der Fahrzeuglängsachse, wird mittels der Raumrichtung bestimmt, in der die optische Detektionsvorrichtung 11 zu einem gegebenen Zeitpunkt die Lichtstrahlen 17 aussendet und zugehörige reflektierte Lichtstrahlen 32 empfängt. Auf diese Weise kann auf einfache Weise der Winkel der Objektes 19 zur Referenzachse bestimmt werden, ohne dass ein winkelauflösender optischer Empfänger 30 benötigt wird. Zusätzlich oder alternativ kann selbstverständlich auch ein winkelauflösender optischer Empfänger 30 eingesetzt werden.
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Die Abtastfrequenz der optische Detektionsvorrichtung 11 ist hierbei so gewählt, dass die Reflektion eines ausgesendeten Lichtstrahls 17 an einem Objekt 19, dass sich in einer maximal erfassbaren Distanz der optische Detektionsvorrichtung 11 zum Kraftfahrzeug 10 befindet, empfangen werden kann, bevor der nächste Lichtstrahl 17 ausgesendet wird.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist außerdem ein Fahrassistenzsystem 50 auf. Mit dem Fahrassistenzsystem 50 kann ein Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 unterstützt werden oder das Kraftfahrzeug 10 zumindest teilweise autonom fahren. Mit dem Fahrassistenzsystem 50 können Fahrfunktionen des Kraftfahrzeugs 10, beispielsweise eine Motorsteuerung, eine Bremsfunktion oder eine Lenkfunktion beeinflusst oder Hinweise oder Warnsignale ausgegeben werden. Hierzu ist das Fahrassistenzsystem 50 mit Funktionseinrichtungen 52 regelnd und/oder steuernd verbunden. In der 2 sind beispielhaft zwei Funktionseinrichtungen 52 dargestellt. Bei den Funktionseinrichtungen 52 kann es sich beispielsweise um ein Motorsteuerungssystem, ein Bremssystem, ein Lenksystem, eine Fahrwerksteuerung oder ein Signalausgabesystem handeln. Die elektrische Steuervorrichtung 14 der optischen Detektionsvorrichtung 11 stellt hierbei Informationen zu Objekten 19 an eine elektrische Steuereinrichtung 51 des Fahrassistenzsystems 50 bereit. Diese Objektinformationen können als eine der Eingabeparameter für die Funktionseinrichtungen 52 dienen.
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In der 3 ist eine erste Ausführungsform der optischen Detektionsvorrichtung 11 dargestellt. Die optische Detektionsvorrichtung 11 weist ein Gehäuse 40 auf, in dem eine optische Sendeeinheit 12 zum Erzeugen von Lichtstrahlen 16 und eine optische Empfangseinheit 13 zum Empfangen von an einem Objekt 19 reflektierten Lichtstrahlen 32 angeordnet sind. Das Gehäuse 40 umfasst weiterhin ein Austrittsfenster 44, durch das die erzeugten Lichtstrahlen 16 und die an einem Objekt reflektierten Lichtstrahlen 32 hindurchtreten können. Weiterhin ist in dem Gehäuse 40 eine Leiterplatte 45 angeordnet. Die Leiterplatte 45 ist Teil einer Dichtungsanordnung und unterteilt das Gehäuse 40 in einen ersten Bereich 47 und einen zweiten Bereich 48. Die Dichtungsanordnung kann weitere Komponenten wie beispielsweise Klebemittel umfassen. Das Klebemittel kann beispielsweise zwischen der Leiterplatte 45 und dem Gehäuse 40 eingebracht werden. Eine Frontseite der Leiterplatte 45 bildet eine den ersten Bereich 47 begrenzende Fläche. Die optische Sendeeinheit 12 und die optische Empfangseinheit 13 sind im ersten Bereich an der Frontseite der Leiterplatte 45 angeordnet. Die optischen Pfade der Lichtstrahlen 16, 17, 18 verlaufen ausschließlich im ersten Bereich 47. Eine Rückseite der Leiterplatte 45 bildet eine den zweiten Bereich 48 begrenzende Fläche. Auf der Rückseite der Leiterplatte 45 ist eine elektrische Steuervorrichtung 14 angeordnet. Der zweite Bereich 48 ist teilweise mit einer dielektrischen Kühlflüssigkeit 41 gefüllt. Der erste Bereich 47 ist frei von Kühlflüssigkeit 41. Der zweite Bereich 48 kann alternativ auch vollständig mit der dielektrischen Kühlflüssigkeit 41 gefüllt sein. Das Gehäuse 40 weist eine wärmeabführende Gehäusefläche 42 auf. Die wärmeabführende Gehäusefläche 42 kann von der elektrischen Steuervorrichtung 14 erzeugte Wärme beispielsweise an ein Karosserieteil des Kraftfahrzeugs 10 ableiten.
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Die dielektrische Kühlflüssigkeit 41 umgibt zumindest bereichsweise elektrische Komponenten der elektrischen Steuervorrichtung 14. Dies bringt den Vorteil, dass die von den elektrischen Komponenten der elektrischen Steuervorrichtung 14 erzeugte Wärme direkt an die dielektrische Kühlflüssigkeit 41 aufgenommen werden kann. Da eine dielektrische Kühlflüssigkeit 41 eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann die erzeugte Wärme effizient von den elektrischen Komponenten der elektrischen Steuervorrichtung 14 abgeleitet werden.
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Die in 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 3 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass die wärmeabführende Gehäusefläche 42 einen Kondensatkühler 43 umfasst. Ansonsten treffen die Erläuterungen und Bezugszeichen der 3 auch auf 4 zu. Die dielektrische Kühlflüssigkeit 41 ist eine Zwei-Phasen-Kühlflüssigkeit. Durch die von den elektrischen Komponenten der elektrischen Steuervorrichtung 14 erzeugte Wärme wird die Zwei-Phasen-Kühlflüssigkeit erwärmt, bis der Siedepunkt der Zwei-Phasen-Kühlflüssigkeit erreicht wird. Hierzu kann beispielsweise eine Zwei-Phasen-Kühlflüssigkeit mit einem Siedepunkt von 50° - 70°C ausgewählt werden. Sobald der Siedepunkt erreicht ist, beginnt die Zwei-Phasen-Kühlflüssigkeit in einen gasförmigen Zustand überzugehen. An dem Kondensatkühler 43 kann die Zwei-Phasen-Kühlflüssigkeit kondensieren und wieder in einen flüssigen Zustand zurückkehren. Hierbei wird die Wärmeenergie der Zwei-Phasen-Kühlflüssigkeit an den Kondensatkühler 43 übertragen. Der Kondensatkühler 43 kann dann die Wärmeenergie beispielsweise an ein Karosserieteil des Kraftfahrzeugs 10 abführen.
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Die in 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 3 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass das Austrittsfenster 44 Trennmittel 46 umfasst, die Abschnittsweise die Dichtungsanordnung bilden. Ansonsten treffen die Erläuterungen und Bezugszeichen der 3 auch auf 5 zu Die Trennmittel 46 grenzen hierbei an die Leiterplatte 45 an, sodass die Trennmittel 46 und die Leiterplatte 45 das Gehäuse 40 in den ersten Bereich 47 und den zweiten Bereich 48 unterteilen. Der erste Bereich 47 ist hierbei vollständig von dem Austrittsfenster 44 mit den Trennmitteln 46 und der Leiterplatte 45 umschlossen.
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Das Austrittsfenster 44 mit den Trennmitteln 46 kann insbesondere einteilig ausgebildet sein, d. h. Austrittsfenster 44 und Trennmittel 46 sind aus einem Stück bzw. bestehen aus einem Teil. Ein solches Austrittsfenster 44 mit Trennmitteln 46 kann beispielsweise mittels Spritzgussverfahren einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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Die in 6 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich lediglich von der in 5 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass analog zur 4 die wärmeabführende Gehäusefläche 42 einen Kondensatkühler 43 umfasst und die dielektrische Kühlflüssigkeit 41 eine Zwei-Phasen-Kühlflüssigkeit ist. Ansonsten treffen die Erläuterungen und Bezugszeichen der 5 auch auf 6 zu
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017216241 A1 [0005]
- DE 102019105577 A1 [0006]
