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Die Erfindung betrifft eine eine austauschbare Elektronikbaugruppe eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 2961252 A1 sind Systeme und Verfahren zur passiven Kühlung von Komponenten innerhalb elektrischer Vorrichtungen bekannt. Eine elektrische Einheit umfasst einen Rückebenenaufbau, der Öffnungen hat und einen Wärmeableiter, der entlang des hinteren Endes des Schaltschranks parallel zum Rückebenenaufbau angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte thermische Anbindung insbesondere in Einschubrichtung vorzusehen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.
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Offenbarung der Erfindung
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Durch die Elektronikbaugruppe gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 kann der Wärmeübergang zwischen der austauschbaren Elektronikbaugruppe und dem Gehäuse nicht seitlich, sondern in Einschubrichtung erfolgen. Dadurch wird ein relativ niedriger Wärmewiderstand erreicht, da die Richtung des thermischen Kontakts mit der Richtung des elektrischen Kontakts in Richtung der mechanischen Befestigung übereinstimmt. Zudem kann gleichzeitig durch Einschieben der Elektronikbaugruppe sowohl der elektrische Kontakt zur rückwärtigen Leiterplatte wie auch der thermische Kontakt zum Kühler realisiert werden. Beispielsweise durch die entsprechende Flächenpressung wird eine ausreichende thermische Kontaktierung erreicht. Dies wird erreicht durch eine entsprechende Ausbildung der Elektronikbaugruppe.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Kontaktfläche so ausgebildet, dass sie zur Anbindung eines Kühlers dient, der in Einschubrichtung gesehen vor der Leiterplatte angeordnet ist. Durch diese Anordnung kann der Wärmeübergang nochmals verbessert werden, da nun eine größere Kontaktfläche möglich wird. Dank der relativen Nähe des Kühlers zu dem wärmeerzeugenden Elektronikbauteil kann das wärmeleitende Element relativ kompakt ausgeführt werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung befinden sich Stecker und Kontaktfläche auf gegenüberliegenden Seiten. Damit kann eine Kühlung über die Vorderseite des Gehäuses, in dem vorzugsweise mehrere Elektronikbaugruppen eingeschoben werden können, erfolgen. Dies vereinfacht die Anbindung des Kühlsystems.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Stecker dazu ausgebildet, durch zumindest eine Öffnung des Kühlers hindurchragend die rückwärtige Leiterplatte zu kontaktieren. Damit kann eine einfache Kontaktierung der Elektronikbaugruppe zur rückwärtigen angeordneten Leiterplatte vorgenommen werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist das wärmeleitende Element zumindest eine parallel zur Einschubrichtung orientierte Fläche auf zur Aufnahme der von dem Elektronikbauteil erzeugten Abwärme und zumindest einen Abschnitt mit einem 90°-Knick zur Anbindung zur quer zur Einschubrichtung orientierten Kontaktfläche. Dadurch kann die Kontaktfläche zwischen der Elektronikbaugruppe und dem Kühler vergrößert werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist eine weitere Leiterplatte vorgesehen, wobei das Gehäuse mit beiden Leiterplatten verbunden ist und/oder der Stecker auf der einen Leiterplatte und das zu entwärmende Elektronikbauteil auf der weiteren Leiterplatte angeordnet ist und/oder die beiden Leiterplatten über eine Kontaktierung miteinander verbunden sind. Die Anordnung eignet sich insbesondere für komplexere Elektronikbaugruppen mit mehreren Leiterplatten, wie sie für Fahrzeuge mit Hochleistungsrechner immer häufiger werden. Für eine spätere Nachrüstung mit leistungsstärkeren Komponenten könnte beispielsweise nur eine Leiterplatte ausgetauscht werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung umfasst das Gehäuse zumindest einen Arm, vorzugsweise vier Arme, welche über die weitere Leiterplatte ragen und/oder das Gehäuse mit der Leiterplatte verbunden werden kann und/oder das Gehäuse zur mechanischen Halterung der weiteren Leiterplatte ausgebildet ist und/oder zur Halterung des wärmeleitenden Elements ausgebildet ist und/oder zur Befestigung an einem Träger ausgebildet ist. Das Gehäuse kann entsprechend flexibel je nach Anwendungsfall insbesondere die mechanische Kraftaufnahme in Einschubrichtung und gegebenenfalls auch die thermische Anbindung weiterer Elektronikbauteile an die Kontaktfläche realisieren.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist zumindest ein weiteres Gehäuse vorgesehen, welches mit einer weiteren Leiterplatte und einem weiteren wärmeleitenden Element und mit dem Träger verbunden ist. Damit lässt sich ein einfacher, insbesondere symmetrischer Aufbau einer Elektronikbaugruppe mit einer Vielzahl von Leiterplatten fertigungstechnisch einfach aufbauen.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung umfasst die Elektronikbaugruppe zumindest einen insbesondere rahmenförmigen Träger zur Aufnahme zumindest einer Leiterplatte und/oder zur Aufnahme zumindest eines Teils eines Gehäuses und/oder zum mechanischen Kontakt mit Aufnahmen, die in dem die Elektronikbaugruppen umgebenden Gehäuse angeordnet sind. Über diesen Träger lassen sich somit die Gehäusehälften miteinander verbinden. Der Träger kann weiterhin als Einschubmechanismus genutzt werden. Die Stabilität der Anordnung insbesondere in Einschubrichtung erhöht sich weiter.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist zwischen dem wärmeleitenden Element und dem Kühler und/oder dem Elektronikbauteil zumindest ein weiteres wärmeleitendes Element, insbesondere ein flexibles Wärmeleitmaterial vorgesehen. Dadurch verbessert sich die thermische Anbindung.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung umfasst das wärmeleitende Element zumindest eine wärmeleitende Platte und/oder zumindest eine mit einem wärmeleitenden Material gefüllten Hohlraum. Damit kann die Wärmeableitung weiter verbessert werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist das Gehäuse zumindest eine Vertiefung für das wärmeleitende Element auf und/oder zumindest eine, insbesondere nach Innen überstehende, Kontaktfläche zur thermischen Entwärmung zumindest eines Elektronikbauteils. Damit kann das Gehäuse sowohl Halterungsfunktionen für das wärmeleitende Element wie auch selbst eine Wärmeableitung übernehmen.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist ein Verpressungsmittel, insbesondere zumindest eine Schraube oder Hebel, vorgesehen, um den relativen Abstand zwischen dem wärmeleitenden Element beziehungsweise der Kontaktfläche und dem Kühler zu verringern. Dadurch verbessert sich weiter der Wärmeübergang. Zugleich kann auch eine sichere Kontaktierung des Steckers erreicht werden.
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Die Elektronikbaugruppe ist vorzugsweise Bestandteil eines Gesamtsystems, welches aus mehreren, in einem Gehäuse angeordneten Elektronikbaugruppen besteht.
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Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung mit mehreren austauschbaren Elektronikbaugruppen in der Explosionsdarstellung,
- 2 eine Seitenansicht einer austauschbaren Elektronikbaugruppe,
- 3 eine perspektivische Ansicht der austauschbaren Elektronikbaugruppe von hinten,
- 4 eine Seitenansicht mehrerer austauschbarer Elektronikbaugruppen, zusammen mit Kühler, rückwärtigen Leiterplatten sowie Trägerplatte im montierten Zustand,
- 5 eine Seitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer austauschbaren Elektronikbaugruppe,
- 6 eine Seitenansicht eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels einer austauschbaren Elektronikbaugruppe,
- 7 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels nach 6,
- 8 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses des Ausführungsbeispiels nach den 6 und 7,
- 9 ein Schnitt eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels in der Frontansicht,
- 10 Einschnitt des weiteren alternativen Ausführungsbeispiels gemäß 9 in der Seitenansicht,
- 11 eine Seitenansicht eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels,
- 12 eine Seitenansicht mehrerer austauschbarer Elektronikbaugruppen gemäß 5 zusammen mit einem in die Wartungsklappe integrierten Kühler sowie
- 13 eine Seitenansicht mehrerer austauschbarer Elektronikbaugruppen für eine Luftkühlung.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand mehrerer Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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In 1 umfasst die Vorrichtung 10 zumindest zwei Elektronikbaugruppen 25 und ein diese zumindest teilweise umgebendes Gehäuse 11. Je nach Anwendungsfall können jedoch noch weitere Elektronikbaugruppen 25 austauschbar in dem Gehäuse 11 angeordnet werden. Das Gehäuse 11 weist zwei Seitenflächen 14 auf. Das Gehäuse 11 wird an der Rückseite über eine rückseitige Gehäuseabdeckung 22, insbesondere durch eine mechanische Fixierung wie beispielsweise eine Verschraubung, geschlossen. Parallel zu der rückseitigen Gehäuseabdeckung 22 und senkrecht zu den austauschbaren Elektronikbaugruppen 25 bzw. einer Einschubrichtung 35 der Elektonikbaugruppen 25 ist zumindest eine Leiterplatte 34 angeordnet. An der Leiterplatte 34 sind Steckverbindungen 31 vorgesehen, die eine elektronische Kontaktierung zwischen den einzelnen Elektronikbaugruppen 25 und der Leiterplatte 34 herstellen. Auf der Leiterplatte 34 sind beispielhaft weitere nicht eigens dargestellte Elektronikbauteile vorgesehen, die beispielsweise die Kommunikationsabläufe steuern. Über die Leiterplatte 34 können Stecker 62 für die Kontaktierung nach außen platziert werden. Genauere Details der an der Rückseite der Vorrichtung 10 angeordneten Komponenten lässen sich insbesondere 4 entnehmen. Optional können an der Vorderseite der Leiterplatte 38 Stecker 62 angebracht sein, die dann durch entsprechende Öffnungen (ebenfalls gestrichelt angedeutet) in der Vorderseite 20 ragen
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Die Vorderseite 20 räumt Zugriff zu den im Inneren der Vorrichtung 10 angeordneten austauschbaren Elektronikbaugruppen 25 ein. Die Vorderseite 20 ist über mechanische Fixierungen zu öffnen und zu verschließen. An der Innenseite der Seitenflächen 14 des Gehäuses 11 sind jeweils mehrere Aufnahmen 18 vorgesehen als Beispiel für einen möglichen Einschubmechanismus. Diese im Wesentlichen schienenförmigen Aufnahmen 18 dienen der reversiblen Aufnahme, Einschub und/oder Verklemmung der austauschbaren Elektronikbaugruppen 25 in Einschubrichtung 35. Die Elektronikbaugruppe 25 kann beispielsweise eine oder mehrere Leiterplatte 38, 40 bzw. eine Elektronikeinheit umfassen. Die Elektronikeinheiten mit zugehörigen später gezeigten Elektronikbauteilen 44 umfassen insbesondere Hochleistungs-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 handeln. Bei den Elektronikbauteilen 44 handelt es sich besonders bevorzugt um leistungsstarke Prozessoren, Multikern-Prozessoren oder hochintegrierte Schaltungen (SoC, System-on-Chip), die sich durch hohe Verlustleistungen auszeichnen.
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Die Leiterplatte 38,40 der Elektronikbaugruppe 25 wird von zumindest einer Seite durch ein Gehäuse 52 bzw. eine Gehäusehälfte 52 zumindest teilweise umschlossen. In den Seitenbereichen läuft die Gehäusehälfte 52 in entsprechenden Überständen aus, die auf die Aufnahmen 18 im Gehäuse 11 gelegt bzw. in die Aufnahmen 18 eingeschoben werden können. Die Gehäusehälfte 52 umschließt in diesem Ausführungsbeispiel die Leiterplatte 38, 40 seitlich beinahe vollständig.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 zeigt beispielhaft eine austauschbare Elektronikbaugruppe 25. Eine Leiterplatte 38 ist auf einem stabilen Träger 36 befestigt. Dies erfolgt beispielhaft mit Hilfe von Befestigungsmitteln 37, die als Schraubverbindungen mit Abstandshülsen ausgebildet sein können. Die Leiterplatte 38 könnte beispielsweise das main board umfassen. Im Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus eine weitere Leiterplatte 40 parallel zu der Leiterplatte 38 angeordnet. Je nach Ausführungsbeispiel könnte jedoch auch lediglich eine einzige Leiterplatte 38 vorgesehen werden. Auf der weiteren Leiterplatte 40, beispielsweise als sog. daughter board ausgeführt, sind ebenfalls Elektronikbauteile 44 angeordnet. Solche Elektronikbauteile 44, die sich durch eine hohe Wärmeentwicklung auszeichnen, sind im Ausführungsbeispiel auf der weiteren Leiterplatte 40 angeordnet. Zur Abführung der Abwärme dieser Elektronikbauteile 44 wird über eine Anbindung 48 wärmeleitend mit einem wärmeleitenden Element 46 thermisch angebunden. Diese thermische Anbindung 48 ist beispielsweise als sogenanntes Gap Pad ausgebildet, ein flexibles wärmeleitendes Material. Elektronikbauteile 44, die nicht auf der weiteren Leiterplatte 40 platziert werden können, aber dennoch thermisch an einen Kühler 54 angebunden werden sollen, müssen im Bereich des umgebogenen wärmeleitenden Elements 46 angeordnet werden und auch mit diesem thermisch kontaktiert werden. Alternativ können auch die Elektronikbauteile 44 über das Gehäuse 52, welches beispielsweise aus einem wärmeleitenden Material wie beispielsweise Aluminium ausgebildet ist, an das wärmeleitende Element 46 und/oder über weitere wärmeleitende Elemente wie beispielsweise Heatpipes (rohrförmige, gegebenenfalls mit einem wärmeleitenden Medium gefüllte wärmeleitende Anordnungen) angebunden werden.
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Das wärmeleitende Element 46 ist auf der einen Seite im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der weiteren Leiterplatte 40 orientiert. Es ragt am anderen Ende über das Ende der weiteren Leiterplatte 40. Das wärmeleitende Element 46 weist in diesem Bereich eine Kontaktfläche 47 zu dem Kühler 54 auf. Die Kontaktfläche 47 ist im Wesentlichen quer zur Leiterplatte 38,40 bzw. quer zur Einschubrichtung 35 der Elektronikbaugruppe 25 orientiert. Die Kontaktfläche 47 ist bevorzugt als plane Ebene ausgebildet. Der Normalenvektor dieser Ebene ist parallel zur Einschubrichtung 35. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann die Kontaktfläche 47 zumindest beinahe über die gesamte Breite der weiteren Leiterplatte 40 verlaufen. Das wärmeleitende Element 46 könnte beispielsweise als sogenannte vapor chamber oder Heatpipe 45 ausgebildet sein, ein mit einem wärmeleitenden Medium gefüllter Hohlkörper oder Rohr. Alternativ besteht das wärmeleitende Element 46 lediglich aus einem besonders wärmeleitenden Material wie beispielsweise Kupfer oder Ähnliches und könnte beispielsweise plattenförmig als Massivteil ohne Hohlraum ausgebildet sein. Das wärmeleitende Element 46 könnte als Einlegeteil ausgebildet sein.
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Weiterhin ist zumindest eine Gehäusehälfte 52 vorgesehen, die die Leiterplatten 38,40 und das wärmeleitende Element 46 zumindest teilweise umschließt. Nach außen hin ragen bei der Gehäusehälfte 52 insbesondere vier Arme über die Außenseiten der weiteren Leiterplatte 40. Die Arme der Gehäusehälfte 52 laufen L-förmig aus und können somit auf der Leiterplatte 38 an deren Ecken aufliegen und über das Befestigungsmittel 37 zusammen mit dem Träger 37 verbunden, beispielsweise verschraubt werden. Zum späteren Austausch der Leiterplatten 38,40 können die Befestigungsmittel 37 einfach wieder gelöst werden. Zwischen den beiden Leiterplatten 38,40 ist eine Kontaktierung 42 vorgesehen, um die weitere Leiterplatte 40 mit der Leiterplatte 38 elektrisch anzubinden. An der Stirnseite der Leiterplatte 38 ist zumindest ein Stecker 50 angeordnet. Über diesen Stecker 50 und die rückseitige Leiterplatte 34 erfolgt die elektrische Anbindung der Elektronikbaugruppe 25 beim Einschieben der Elektronikbaugruppe 25 in das Gehäuse 11.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist symmetrisch (mit dem Träger 36 als Symmetrieachse) ausgebildet. Somit können sogar vier Leiterplatten 38,40 in der austauschbaren Elektronikbaugruppe 25 untergebracht werden. Hierbei sind zwei Gehäusehälften 52 vorgesehen, die jeweils zwei Leiterplatten 38,40 mit dem Träger 36 zu einer Baueinheit verbinden. Ein weiterer Stecker 50 dient der elektrischen Anbindung der zweiten Hälfte mit den weiteren Leiterplatten 38,40.
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Der Träger 36 steht vorzugsweise in Einschubrichtung 35 seitlich relativ zu den parallelen Außenseiten der Leiterplatten 38 etwas über, sodass der Träger 36 in die Aufnahmen 18 bzw. den Einschubmechanismus am Gehäuse 11 eingeschoben werden kann.
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Diesem wie auch allen weiteren Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass der Stecker 50 in Einschubrichtung 35 weiter übersteht als die Kontaktfläche 47.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht der austauschbaren Elektronikbaugruppe 25. Daraus wird ersichtlich, dass sich die Kontaktfläche 47 des wärmeleitenden Elements 46 im Wesentlichen über die gesamte Breite der Leiterplatte 38 erstreckt. Die Kontaktfläche 47 ist im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet. In einem insbesondere mittleren Bereich des wärmeleitenden Elements 46 wird die quer zur Einschubrichtung 35 orientierte Kontaktfläche 47 mit einem parallel zur Leiterplatte 38,40 ausgerichteten Abschnitt des wärmeleitenden Elements 46 verbunden. Dieser parallel zur Leiterplatte 38,40 ausgerichtete Abschnitt des wärmeleitenden Elements 46 wird beispielsweise über eine thermische Anbindung 48 mit dem oder den Elektronikbauteil(en) wärmeleitend verbunden. Ein Abschnitt der Leiterplatte 38 ragt in Einschubrichtung 35 über die Kontaktfläche 47 hinaus und ist am Ende mit den Steckern 50 versehen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist ein senkrechtstehender Kühler 54 zwischen mehreren, insbesondere zumindest zwei, austauschbaren Elektronikeinheiten 25 und zumindest einer quer zu den Leiterplatten 38,40 orientierten rückseitigen Leiterplatte 34 angeordnet. Beim Einschieben der Elektronikbaugruppen 25 taucht deren Stecker 50 durch eine Öffnung 56 im Kühler 54 in den Bereich der rückwärtigen Leiterplatte 34 und kontaktiert dort einen entsprechenden Gegenstecker. Zugleich wird ein weiteres wärmeleitendes Element 49, insbesondere ein sogenanntes gap pad (ein flexibles wärmeleitendes Material, welches einen Spalt zwischen dem wärmeleitenden Element 46 und dem Kühler 54 thermisch überbrückt), zwischen dem wärmeleitenden Element 46 und dem Kühler 54 verpresst. Zur Fixierung der austauschbaren Elektronikbaugruppen 25 wird beispielsweise eine locker geführte Schraube verwendet. Diese trifft auf ein Gewinde im Kühler 54 und wird nach dem Einführen der Elektronikbaugruppen 25 von der Vorderseite 20 (Wartungsklappe) angezogen. Mithilfe der Schraube kann die für das finale Einstecken der Stecker 50 und das Verpressen des weiteren wärmeleitenden Elements 49 benötigte Kraft aufgebracht werden. Alternativ könnten zwei Hebel an den Seiten der Elektronikbaugruppen 25 diese Kraft aufbringen.
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Der Kühler 54 ist quer zur Einschubrichtung 35 der Elektronikbaugruppen 25 orientiert. Die Öffnungen 56 im Kühler 54 sind in Einschubrichtung 35 so dimensioniert, dass durch diese die jeweiligen Stecker 50 durchgeschoben werden können. Bei dem Kühler 54 könnte beispielsweise mit einem Wärmemedium wie beispielsweise Wasser durchströmte Kühlkreisläufe vorgesehen sein. Entsprechende Anschlüsse an dem Kühler 54 für einen Kühlmittelkreislauf sind vorzusehen. Eine redundante Kühlung könnte realisiert werden, indem der Kühler 54 zumindest zwei voneinander unabhängige Wasserkreisläufe beinhaltet, an die zumindest zwei unabhängige Kühlkreisläufe angeschlossen werden. Alternativ könnte der Kühler 54 auch mit Kühlrippen versehen sein, um die Wärme an einen Luftstrom abzugeben. Bevorzugt ist der Kühler 54 vor der rückwärtigen Leiterplatte 34 angeordnet. Dies könnte jedoch auch im Bereich der Vorderseite der Vorrichtung 10 sein. Der Kühler 54 entwärmt zumindest zwei, vorzugsweise mehrere austauschbare Elektronikbaugruppen 25. Durch die Anordnung des Kühlers 54 quer zur Einschubrichtung 35 und auch entsprechende Ausrichtung der Kontaktfläche 47 des wärmeleitenden Elements 46 quer zur Einschubrichtung 35 kann beim Einschieben der Elektronikbaugruppen 25 eine hohe thermische Kontaktierung beispielsweise durch Flächenpressung erreicht werden.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird das Gehäuse 11 durch eine rückseitige Gehäuseabdeckung 22 geschlossen, die als Träger 60 bzw. Trägerplatte für Stecker 62 ausgebildet ist. Über diese Stecker 62 erfolgt von außen die Kontaktierung der Vorrichtung 10 bzw. der darin befindlichen austauschbaren Elektronikbaugruppen 25, indem die Stecker 62 mit einer quer zur Einschubrichtung 35 orientierten weiteren rückwärtigen Leiterplatte 58 (sogenannte Backplane) elektrisch leitend verbunden sind. Über weitere Verbindungen ist diese weitere rückwärtige Leiterplatte 58 mit der parallel hierzu angeordneten rückwärtigen Leiterplatte 34 auf der Rückseite verbunden, während auf deren zu den austauschbaren Elektronikbaugruppen 25 orientierten Gegenstecker die Stecker 50 der Elektronikbaugruppen 25 aufgenommen werden. Alternativ könnte jedoch nur eine einzige rückwärtige Leiterplatte 34 vorgesehen sein wie in 1 angedeutet.
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Alternativ kann die Kühlfunktion auch in die zu öffnende Vorderseite (Wartungsklappe) integriert werden. Dies ist beispielhaft in den 5, 11-13 gezeigt. Für diesen Fall wird das wärmeleitende Element 46 um 180° gedreht auf die Elektronikbaugruppe 25 montiert. Damit ist die Kontaktfläche 47 nun auf der dem Stecker 50 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 38,40 angeordnet. Die Kontaktfläche 47 ragt nun über die Leiterplatten 38,40 nach vorne hinaus, um so in thermischen Kontakt mit der als Kühler 54 ausgebildeten Vorderseite 20 zu treten. Der thermische Kontakt erfolgt durch Schließen der Vorderseite 20 und der damit einhergehenden Verpressung des weiteren wärmeleitenden Elements 49, welches zwischen der Außenseite der Kontaktfläche 47 und der Innenseite des Kühlers 54 angeordnet ist. Ansonsten bleibt der Aufbau wie in Verbindung mit den 2 und 3 beschrieben gleich. Insbesondere ist wiederum die Kontaktfläche 47 quer zur Einschubrichtung 35 orientiert. Ebenfalls ist die Oberfläche des Kühlers 54 zur thermischen Anbindung mit dem wärmeleitenden Element 46 entsprechend quer zur Einschubrichtung 35 beziehungsweise parallel zur rückwärtigen Leiterplatte 34 ausgebildet und vor der rückwärtigen Leiterplatte 34, jedoch auch noch vor den austauschbaren Elektronikbaugruppen 25, angeordnet.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Elektronikbaugruppe 25 im Schnitt. Zum einen unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel von den vorhergehenden darin, dass an der Vorderseite (bezogen auf die Einschubrichtung 35) der Elektronikbaugruppe 25 zumindest ein außenliegender Stecker 62 angeordnet ist. Der Stecker 62 ist im Ausführungsbeispiel auf der Leiterplatte 38 angeordnet. Die Kontaktierrichtung des Steckers 62 ist parallel zur Einschubrichtung 35. Je nach Anwendungsfall können noch weitere Stecker 62 auf der Leiterplatte 38 angeordnet sein. Die Stecker 62 ragen über den stirnseitigen Beginn der Leiterplatte 38 hinaus. Entsprechend sind in der zu öffnenden Vorderseite 20 entsprechende Ausnehmungen vorgesehen, durch die diese Stecker 62 hindurchragen. Gleichwohl ist jedoch am Ende der Elektronikbaugruppe 25 wiederum zumindest ein Stecker 50 vorgesehen zur Kontaktierung der quer stehenden rückseitigen Leiterplatte 34. Wie auch bei den Ausführungsbeispielen zuvor ist der Stecker 50 am Ende der etwas überstehenden Leiterplatte 38 angeordnet.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 6 umfasst wiederum den Träger 36, auf den über die Befestigungsmittel 37 und Gehäuse 52 die Leiterplatte 38 sowie eine weitere Leiterplatte 40 gehalten werden. Auf der weiteren Leiterplatte 40 ist das zu entwärmende Elektronikbauteil 44 angeordnet. Zwischen den beiden Leiterplatten 38,40 ist eine Kontaktierung 42 vorgesehen. Wiederum ist das Ausführungsbeispiel symmetrisch ausgebildet, mit dem Träger 36 als Symmetrieachse. An der Unterseite sind wiederum zwei Leiterplatten 38,40 angeordnet. Auch auf dieser weiteren Leiterplatte 40 befindet sich ein weiteres zu entwärmendes Elektronikbauteil 44, welches über ein weiteres wärmeleitendes Element 46 über quer zur Einschubrichtung 35 orientierten Kontaktflächen 47 über einen nicht dargestellten Kühler 54 entwärmt wird. Ebenfalls könnte eine weitere Kontaktierung zwischen den beiden Leiterplatten 38, die jeweils die Stecker 50,62 tragen, vorgesehen sein.
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Das wärmeleitende Element 46 ist in dem Ausführungsbeispiel nach 6 zumindest zweiteilig ausgebildet. Es umfasst zumindest eine oder mehrere Heatpipes 45 (rohrförmige wärmeleitende Anordnung, mit einem hierfür besonders geeigneten wärmeleitenden Medium gefüllt). Die Heatpipe 45 ist mit dem Elektronikbauteil 44, dessen Wärme abgeführt werden soll, thermisch verbunden, beispielsweise über die thermische Anbindung 48. Die Heatpipe 45 ist in einem Abschnitt benachbart zum zu entwärmenden Elektronikbauteil 44 insbesondere parallel zur Einschubrichtung 35 in der Elektronikbaugruppe 25 angeordnet. Die Heatpipe 45 ist in thermischen Kontakt mit einem weiteren wärmeleitenden Element, einem Profil oder Endstück 43, welches die senkrecht zur Einschubrichtung 35 ausgebildete Kontaktfläche 47 bildet. Dieses Endstück 43 ist beispielsweise ein Profilteil aus einem wärmeleitenden Material, beispielsweise ein L-oder U-Profil 43 aus Kupfer oder Ähnliches. Eine entsprechende Ausnehmung des weiteren wärmeleitenden Elements bzw. Endstücks bzw. Profils 43 dient der thermischen Anbindung der Heatpipe 45. Hierzu wird die Heatpipe 45 um 90° gebogen und verläuft somit quer zur Einschubrichtung 35. Das weitere wärmeleitende Element bzw. Profil 43 nimmt den um 90° gebogenen Abschnitt der Heatpipe 45 auf bzw. umschließt diesen Abschnitt der Heatpipe 45 zumindest teilweise, um eine gute thermische Anbindung der Heatpipe 45 zu der Kontaktfläche 47 des weiteren wärmeleitenden Elements bzw. Profils 43 zu erreichen. Das weitere wärmeleitende Element 43 bzw. Endstück 43 und die Heatpipe 45 bilden zusammen das wärmeleitende Element 46.
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In 7 ist eine perspektivische Ansicht von oben auf die Elektronikbaugruppe 25 gemäß 6 gezeigt. Daraus wird ersichtlich, dass sich das weitere wärmeleitende Element 43 bzw. Endstück mit der Kontaktfläche 47 beinahe über die gesamte Breite der Leiterplatte 38 bzw. der weiteren Leiterplatte 40 erstreckt und mit dem Gehäuse 52 an dessen Stirnseite verbunden ist. Das Gehäuse 52 ist in dem mittigen, zu dem Endstück 43 orientierten Bereich nach außen hin ausgewölbt zur Aufnahme der Heatpipe 45. Dieser Ansicht ist darüber hinaus zu entnehmen, dass das Endstück 43 als U-Profil ausgebildet ist, welches den quer zur Einschubrichtung 35 orientierten Abschnitt der Heatpipe 45 von drei Seiten umschließt, um einen guten Wärmeübergang zwischen Heatpipe 45 und dem Endstück 43 mit der quer zur Einschubrichtung 35 orientierten Kontaktfläche 47 zu gewährleisten.
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Der Träger 36 steht seitlich parallel zur Einschubrichtung 35 bezogen auf die Seitenfläche der am weitesten nach außen ragenden Leiterplatte 38 bzw. darüberliegendem Gehäuse 52 über. Der Träger 36 dient in diesem Bereich im Zusammenspiel mit der Aufnahme 18 am Gehäuse 11 als Einschubmechanismus für die austauschbare Elektronikbaugruppe 25. Die Gehäusehälften 52 schützen zumindest die Leiterplatten 38,40 von oben und unten, während die Stirnseiten der Elektronikbaugruppe 25 über die Vorderseite 20 bzw. die rückseitige Gehäuseabdeckung 22 vor Umwelteinflüssen geschützt sind.
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8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Gehäusehälfte 52 von Innen, wie sie für die Ausführungsbeispiele gemäß den 6 und 7 verwendet wird. Die Innenseite des Gehäuses 52 weist im mittleren Bereich auf der zum Endstück 43 orientierten Seite eine Aufnahme für die beiden Heatpipes 45 auf. Hierzu können nicht näher bezeichnete Halterungen, in die die Heatpipe 45 jeweils eingeklemmt oder eingelegt werden kann, vorgesehen sein. Außerdem weist die Innenseite des Gehäuses 52 exemplarisch zumindest eine nach Innen hin überstehende Kontaktfläche 53 aus. Diese Kontaktfläche 53 kann der Entwärmung weiterer Elektronikbauteile 44 dienen, die gegebenenfalls über eine weitere thermische Anbindung 48 wärmeleitend mit der Kontaktfläche 53 verbunden sind. Die Gehäusehälfte 52 besteht wiederum aus wärmeleitendem Material und ist mit dem wärmeleitenden Element 46 verbunden. Im Ausführungsbeispiel nach 8 kann die Entwärmung über den in das Gehäuse 52 eingelegten Abschnitt der Heatpipe 45 und/oder über den quer zur Einschubrichtung 35 orientierten Abschnitt der Heatpipe 45, der thermisch mit der Stirnseite des Gehäuses 52 verbunden ist, und/oder über das Endstück 43, welches ebenfalls mit der Stirnseite des Gehäuses 52 thermisch gekoppelt ist, erfolgen.
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9 zeigt einen Schnitt der Frontansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, welches sich durch lediglich eine einzige Leiterplatte 38 auszeichnet. Das Prinzip des Wärmeübergangs und der Einsteckrichtung des Steckers 50 parallel zur Einschubrichtung 35 bleibt weiterhin bestehen. Auf der Leiterplatte 38 sind mehrere zu entwärmende Elektronikbauteile 44 angeordnet. Zur Wärmeableitung ist beispielhaft eines der Elektronikbauteile 44 über die thermische Anbindung 48 mit zumindest einem wärmeleitendem Element 46, umfassend eine Heatpipe 45 bzw. zwei Heatpipes 45, wärmeleitend verbunden. Die Heatpipes 45 sind in dem Gehäuse 52 aufgenommen und laufen zunächst parallel (wie in 10 gezeigt) zur Einschubrichtung 35. Nach einer 90°-Biegung verlaufen die Heatpipes 45 quer zur Einschubrichtung 35 und werden von dem Endstück 43 thermisch leitend zumindest teilweise umschlossen. Das Endstück 43 weist wiederum eine quer zur Einschubrichtung 35 orientierte Kontaktfläche 47 zum in diesem Bild nicht gezeigten Kühler 54 auf. Heatpipes 45 und Endstück 43 bilden wiederum das wärmeleitende Element 46.
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Weitere Elektronikbauteile 44 können über thermische Anbindungen 48 entweder ebenfalls mit der Heatpipe 45 oder direkt mit dem Gehäuse 52 wärmeleitend verbunden sein. Dann kann die Wärmeabfuhr über das Gehäuse 52 an das wärmeleitende Element 46 erfolgen.
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Auf der Leiterplatte 38 ist zudem der Stecker 50 angeordnet. Dieser zeichnet sich durch eine Steckrichtung parallel zur Einschubrichtung 35 aus. Der Stecker 50 sitzt am Ende der Leiterplatte 38 und ragt wie in 10 ersichtlich etwas über die Leiterplatte 38 hinaus zur Kontaktierung der rückseitigen Leiterplatte 34. Der Stecker 43 kann durch eine Öffnung 56 im Kühler 54 hindurchgeführt werden, sodass die Kontaktfläche 47 beispielsweise über die thermische Anbindung bzw. das Wärmeleitmedium 49 mit dem Kühler 54 thermisch angebunden ist.
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Insbesondere wenn nur eine einzige Leiterplatte 38 pro Elektronikbaugruppe 25 eingesetzt wird, kann die funktionale Aufteilung aus Wärmeleitung (die beispielsweise bei den Anordnungen mit mehreren Leiterplatten 38,40 im Gehäuse 52 bzw. Deckel liegt) und der Führung und Krafteinleitung (die bei den Anordnungen mit mehreren Leiterplatten 38,40 im Träger 36 liegt) in einem Bauteil vereint sein. Dieses eine Bauteil gemäß den 9 und 10 ist das Gehäuse 52, wobei der Träger 36 nun Bestandteil dieses Gehäuses 52 ist. Das Gehäuse 52 weist somit auch eine Führung für eine mechanische Fixierung 37 auf und dient gleicherma-ßen der Halterung des wärmeleitenden Elements 46, insbesondere der in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Heatpipe(s) 45. Weiterhin ist das Gehäuse 52 mit der Leiterplatte 38 mechanisch verbunden.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 11 zeichnet sich nun wiederum durch eine Entwärmung über die Vorderseite 20 aus, ähnlich dem Ausführungsbeispiel nach 5. Es unterscheidet sich hiervon lediglich darin, dass das wärmeleitende Element 46 aus Heatpipe 45 und Endstück 43 besteht. Das Endstück 43 weist wiederum die quer zur Einschubrichtung 35 nach vorne hin orientierte Kontaktfläche 47 zum Kühler 54 auf. Das Endstück 43 ist mit der Vorderseite des Deckels 52 verbunden, auch thermisch zur Wärmeableitung solcher Elektronikbauteile 44, die über den Deckel 52 ihre Wärme abführen. Die Heatpipe 45 kann wiederum über eine thermische Anbindung 48 mit dem Elektronikbauteil 44 zur Entwärmung verbunden sein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 12 könnte die als Kühler 54 ausgebildete Vorderseite 20 die Funktion eines Wasserkühlers besitzen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 13 könnte die als Kühler 54 ausgebildete Vorderseite 20 beispielsweise mit Kühlrippen versehen sein, um die Wärme an einen Luftstrom, beispielsweise durch Ventilatoren 64 erzeugt, abzugeben.
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Die Vorrichtung 10 kommt insbesondere bei austauschbaren Elektronikbauelementen im Kraftfahrzeugbereich zum Einsatz. In den austauschbaren Elektronikbaugruppen 25 mit hohen Kühlanforderungen 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 25 realisiert sein. Die Austauschbarkeit erlaubt auch ein späteres Nachrüsten von aktueller Hardware, indem Elektronikbaugruppen 25 leicht ausgetauscht werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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