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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung einer zu kühlenden Einheit insbesondere eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 2114116 A1 ist eine Hybrid-Kühlung für eine Leiterplatteneinheit für eine Werkzeugmaschine bekannt, mit wenigstens einem Kühlkörper, der derart ausgebildet ist, dass er Wärme von oberflächenmontierbaren Leistungsbauelementen auf der Leiterplatteneinheit aufnehmen kann, wobei der Kühlkörper einen Bereich zur Flüssigkeitskühlung und einen Bereich zur Luftkühlung aufweist, so dass er Wärme sowohl an ein gasförmiges als auch ein flüssiges Kühlmedium abgeben kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine robuste Kühlung insbesondere im Kraftfahrzeugbereich vorzusehen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch Innendruck des Kühlers auftretende Kräfte abgefangen werden. Es werden Toleranzen ausgeglichen und eine entsprechende Beweglichkeit, wie sie beispielsweise beim Austausch von zu kühlenden Einheiten erforderlich sein kann, erreicht. Die Lösbarkeit der Komponenten ist somit gewährleistet. Es lassen sich kurze Kraftpfade realisieren. Dadurch können die Komponenten nicht so massiv und schwer ausfallen, was sich insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen oder in der Luftfahrt besonders eignet. Auf große Halterungsrahmen und dicke Gehäusewandungen kann verzichtet werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement am Gegenhalter mit zumindest einem weiteren Verbindungselement am Kühler und/oder an der zu kühlenden Einheit zusammenwirkt. Damit lassen sich kurze Kraftpfade erreichen und der Gegenhalter nah am Kühler anordnen. Besonders bevorzugt ist das Verbindungselement am Gegenhalter relativ zu dem weiteren Verbindungselement am Kühler und/oder an der zu kühlenden Einheit verschiebbar, insbesondere in Einschubrichtung der zu kühlenden Einheit, ausgebildet. Durch die damit erzielbare Lösbarkeit, Toleranz und Beweglichkeit ermöglicht dies den Einsatz für neue flexible Kühlungslösungen und den Leichtbau von beispielsweise Einschub-Systemen für Steuergeräte insbesondere bei Kraftfahrzeugen, sodass später eine aktuelle Hardware besonders einfach nachgerüstet werden kann. Hierzu ist das Verbindungselement besonders bevorzugt hakenförmig bzw. als Rastelement lösbar ausgebildet.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Gegenhalter plattenförmigen ausgebildet bzw. besonders bevorzugt auf die einzuwirkende Außenkontur des Kühlers abgestimmt. Damit lässt sich besonders gleichmäßig eine Gegenkraft auf den Kühler aufbringen, sodass auf kleine tragende Querschnitte zurückgegriffen werden kann.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung umfasst der Kühler mehrere insbesondere parallel zueinander verlaufende rohrförmige Abschnitte, wobei ein Verbindungselement zwischen zumindest zwei rohrförmigen Abschnitten angeordnet ist. Dadurch lassen sich besonders kurze Kraftpfade realisieren.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind an einem plattenförmigen Gegenhalter Verbindungselemente an der Oberseite und an der Unterseite vorgesehen. Damit lässt sich ein und derselbe Gegenhalter für mehrere einschiebbare zu kühlende Einheiten verwenden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist zumindest ein Gehäuse vorgesehen, welches zur Aufnahme der zu kühlenden Einheit oder mehrerer zu kühlender Einheiten dient. Dadurch werden die zu kühlenden Einheiten vor Umgebungseinflüssen geschützt, was sich insbesondere im Kraftfahrzeugbereich eignet. Besonders bevorzugt ist ein Schienensystem vorgesehen zur lösbaren Aufnahme der zu kühlenden Einheit. Dadurch ist eine spätere Austauschbarkeit dieser Baugruppen, insbesondere wenn höhere Rechenleistungen zur Verfügung stehen, einfach möglich.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist an dem Gehäuse zumindest ein Verbindungselement zur lösbaren Aufnahme der zu kühlenden Einheit und/oder des Kühlers und/oder des Gegenhalters vorgesehen. So könnte auch das Gehäuse als entsprechende Kraftaufnahme bei einem sich durch Innendruck ausdehnenden Kühler dienen. Die Integration des Verbindungselements im Gehäuse erleichtert zudem die Montage der austauschbaren zu kühlenden Einheiten.
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Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Es zeigen:
- 1 schematisch einen Querschnitt durch eine zu kühlende Einheit, mit Kühlkanälen eines Kühlers mit Gegenhaltern,
- 2 eine Einschublösung mit in einem Schienensystem befestigten, als Einschübe ausgebildeten zu kühlenden Einheiten und beweglichen, lösbaren Kühlern auf Ober-und Unterseite,
- 3 eine weitere Einschublösung mit oben eingehängten Einschüben und beweglichen, lösbaren Kühlern auf der Unterseite,
- 4 eine gestapelte Lösung sowie
- 5 eine perspektivische Darstellung mit flexiblem Kühler und eingehaktem Gegenhalter mit Verbindungselementen an beiden Seiten, und Schienen für die Einschub-Montage.
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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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1 zeigt im Querschnitt eine zu kühlende Einheit 10, die an der Oberseite und an der Unterseite jeweils mit einem Kühler 16 versehen ist. Bei dem Kühler 16 handelt es sich beispielsweise um mit einem Kühlmedium gefüllte Rohrleitungen bzw. Rohrschlangen, wobei das Kühlmedium einen Innendruck auf die Rohre etc. ausübt. Bei dem Kühler 16 handelt es sich insbesondere um einen Wasserkühler, welcher beispielsweise aus Varianten aus Blech oder Verbundmaterialien bestehen kann. Die Kräfte durch den Innendruck werden durch Gegenhalter 12 abgefangen, die mit dem Kühler 16 zur Aufnahme der beim Aufbau eines Innendrucks entstehenden Kräfte in Verbindung stehen. Hierbei wird der Kraftpfad möglichst kurz gehalten, um die Durchbiegung zu reduzieren. Die Anpresskräfte zur thermischen Anbindung werden hierdurch aufgenommen. Um eine Austauschbarkeit insbesondere der zu kühlenden Einheit 10 zu gewährleisten, ist der Gegenhalter 12 mit Verbindungselementen 14 am Kühler 16 bzw. an der zu kühlenden Einheit 10 angebunden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst der Kühler 16 mehrere an der Oberfläche der zu kühlenden Einheit 10 angeordnete Kühlschlangen. Zwischen den einzelnen rohrförmige Abschnitten des Kühlers 16 sind Verbindungselemente 14 angeordnet, über die eine oder mehrere Gegenhalter 12 so angebunden werden, dass der Gegenhalter 12 auf die Außenseite des rohrförmigen Abschnitts des Kühlers 16 bei einer eventuellen Ausdehnung des Kühlers 16 zur Aufbringung eines Gegendrucks einwirken kann.
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Die zu kühlende Einheit 10 könnte beispielsweise eine austauschbare Elektronikeinheit eines Steuergeräte-Einschubs insbesondere eines Kraftfahrzeugs sein.
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Die zu kühlende Einheit 10 wird ein- oder beidseitig mit dem Kühler 16 und dem Gegenhalter 12 verbunden durch die entsprechenden Verbindungselemente 14. Bei den Verbindungselementen 14 kann es sich beispielsweise um lösbare Haken oder Rastelemente handeln. Als Verbindungselemente 14 können Platten bzw. Gegenhalterplatten verwendet werden. Zwischen Gegenhalter 12 und zu kühlender Einheit 10 ist der Kühler 16 positioniert. Der Kraftpfad bei einer eventuellen Ausdehnung des Kühlers 16 wird auf kurzem Wege geschlossen. In den Bereichen zwischen den Kraftabfangpunkten kann sich der Kühler 16 beidseitig an die zu kühlende Einheit 10 und dem Gegenhalter 12 anlegen, um thermisch angebunden zu sein. Die zu kühlende Einheit 10 kann entweder gesondert befestigt sein beispielsweise mit einer Einschubschiene bzw. Schienensystem 20 oder über den Gegenhalter 12 selbst. Sowohl für die Montage als auch für die Anbindung des Kühlers 16 sind ausreichend Platz, Toleranz und Beweglichkeit nötig. Dies wird durch die flexible Anbindung der Gegenhalter 12 möglich oder über eine Verschiebbarkeit mehrerer Verbindungselemente 14 bzw. Halteelemente zueinander.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die Gegenhalter 12 bzw. die entsprechenden Gegenhalterplatten, die die Kräfte des Kühlers 16 auf kurzem Wege abfangen, mithilfe von Verbindungselementen 14 wie beispielsweise Haken lösbar ausgeführt. Dadurch können Toleranzen ausgeglichen werden. Außerdem ist genügend Platz für die Montage vorgesehen. Diese Lösung eignet sich besonders auch für kleine tragende Querschnitte.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel von als Einschublösung ausgebildeten zu kühlenden Einheiten 10. Ein Gehäuse 18 umschließt mehrere zu kühlende Einheiten 10. Die zu kühlenden Einheiten 10 sind jeweils an der Oberseite und Unterseite mit entsprechenden Kühlern 16 zur Wärmeabfuhr versehen. Wie bereits in Verbindung mit 1 erläutert sind entsprechende Gegenhalter 12 über die Verbindungselemente 14 lösbar befestigt. Die Gegenhalter 12 umschließen jeweils die Außenseiten der Kühler 16 zu einer eventuellen Kraftaufnahme bei erhöhtem Innendruck des Kühlers 16. An der Innenseite des Gehäuses 18 ist ein Schienensystem 20 vorgesehen. Das Schienensystem 20 nimmt die jeweiligen zu kühlenden Einheiten 10 auf, die eingeschoben und wieder entnommen werden können. Jede der zu kühlenden Einheiten 10 ist an Ober- und Unterseite jeweils mit dem Kühler 16, angebunden mit den Gegenhaltern 12, versehen und kann unabhängig von der anderen zu kühlenden Einheit 10 aus dem Gehäuse 18 entnommen bzw. in das Gehäuse 18 eingeschoben werden.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 zeichnet sich nun dadurch aus, dass die Gegenhalter 12 zumindest teilweise Bestandteil des Gehäuses 18 sind. So weist das Gehäuse 18 an der Oberseite entsprechende Aufhängungen 24 als mögliche Verbindungselemente 13 auf, in die die entsprechenden Verbindungselemente an der zu kühlenden Einheit 10 eingeschoben werden können. Der Kühler 16 ist nun zwischen der Oberseite der zu kühlenden Einheit 10 und dem als Gegenhalter 12 fungierenden Gehäuse 18 angeordnet. An der Unterseite hingegen werden die separaten Gegenhalter 12 wie in den 1 und 2 gezeigt beibehalten. Das Gehäuse 18 wird wie im Ausführungsbeispiel nach 3 exemplarisch gezeigt durch zumindest einen Zwischenboden 22, beispielhaft zwei Zwischenböden 22 unterteilt. Auch an der Unterseite des Zwischenbodens 22 sind jeweils entsprechende Aufhängungen 24 vorgesehen, die mit entsprechenden Verbindungselementen 14 an der zu kühlenden Einheit 10 und/oder am Kühler 16 zusammenwirken. Auch der Zwischenboden 22 dient als Gegenhalter 12 gegenüber dem sich gegebenenfalls ausdehnenden Kühler 16.
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4 zeigt eine gestapelte Lösung. Hierbei dient ein Gegenhalter 12 sowohl als Gegenfläche für einen an der Unterseite der zu kühlenden Einheit 10 angeordneten Kühler 10 sowie ebenso als Gegenfläche für einen weiteren Kühler 16, der an der Oberseite einer weiteren zu kühlenden Einheit 10 angeordnet ist. Entsprechende Verbindungselemente 14 sind je nach Lage zwischen zwei zu kühlenden Einheiten 10 sowohl an der Oberseite wie auch an der Unterseite angeordnet und wirken mit den entsprechenden Verbindungselementen 14 der einen zu kühlenden Einheit 10 und/oder dem einen Kühler 16 und mit den entsprechenden Verbindungselementen 14 der weiteren zu kühlenden Einheit 10 und/oder dem weiteren Kühler 16 zusammen. Lediglich an der Außenseite der gestapelten Ausführungsform umfasst der Gegenhalter 12 Verbindungselemente 14 auf nur einer Seite.
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In 5 sind die beschriebenen Komponenten in der perspektivischen Ansicht in Einzeldarstellung sowie im montierten Zustand (Bild oben) gezeigt. Der Kühler 16 ist plattenförmig ausgebildet. Damit lässt sich ein optimaler Wärmeübergang mit der Oberfläche der zu kühlenden Einheit 10, welche ebenfalls plattenförmig, ausgebildet ist, beispielsweise als Gehäuse einer entsprechenden Leiterplatte, erzielen. Der Kühler 16 umfasst entsprechende rohrförmige Abschnitte mit im Wesentlichen rechteckförmigem Querschnitt, welche schlangenförmig benachbart zueinander geführt werden. Im oberen Abschnitt der 5 sind entsprechende Anschlüsse für das Kühlmedium wie beispielsweise Wasser angedeutet, aber nicht extra bezeichnet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 sind die Verbindungselemente 14, die beispielsweise hakenförmig ausgebildet sind, in dem Kühler 16 integriert. Hierbei muss der Kühler 16 allerdings zu Erzielung einer thermischen Anbindung mit der zu kühlenden Einheit 10 entsprechend mechanisch verbunden werden. Der Gegenhalter 12 ist plattenförmig ausgebildet. Die Oberfläche des Gegenhalters 12 passt sich im wesentlichen an die Außenseite des Kühlers 16 an. Auch an dem Gegenhalter 12 sind entsprechende Verbindungselemente 14, beispielsweise hakenförmig ausgebildet, vorgesehen. Die Verbindungselemente 14 können einteilig als Bestandteil des Gegenhalters 12 ausgebildet sein. Seitlich stehen jeweils Schienen 20 für die Einschubmontage in über.
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Das Gehäuse 18 bei den Einschublösungen gemäß den 2 und 3 kann an der Vorderseite durch einen entsprechenden, nicht dargestellten Deckel verschlossen werden, sodass die zu kühlenden Einheiten 10 vor Umwelteinflüssen geschützt in dem Gehäuse 18 untergebracht sind. Das Gehäuse 18 kann an der Rückseite über eine rückseitige Gehäuseabdeckung geschlossen werden. Parallel zu der rückseitigen Gehäuseabdeckung 22 und senkrecht zu den austauschbaren zu kühlenden Einheiten 10 bzw. senkrecht zu einer Einschubrichtung der zu kühlenden Einheiten 10 könnte eine nicht gezeigte Leiterplatte mit Steckverbindungen zur Datenanbindung bzw. Energieanbindung der zu kühlenden Einheiten 10 vorgesehen sein. Die zu kühlende Einheit 10 kann beispielsweise eine oder mehrere Leiterplatten bzw. eine Elektronikeinheit umfassen. Die Elektronikeinheiten mit zugehörigen Elektronikbauteilen 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 handelt es sich besonders bevorzugt um leistungsstarke Prozessoren, Multikern-Prozessoren oder hochintegrierte Schaltungen (SoC, System-on-Chip), die sich durch hohe Verlustleistungen auszeichnen. Auch ein Einsatz bei Flugzeugen oder im Konsumgüterbereich mit entsprechenden Anforderungen ist denkbar.
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Die Vorrichtung kommt insbesondere bei austauschbaren Elektronikbauelementen im Kraftfahrzeugbereich bzw. Flugzeugbereich zum Einsatz. In den austauschbaren zu kühlenden Einheiten 10 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 zu kühlenden Einheit 10 realisiert sein. Die Austauschbarkeit erlaubt auch ein späteres Nachrüsten von aktueller Hardware, indem zu kühlende Einheiten 10 leicht ausgetauscht werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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