EP4046471A1 - Elektronisches system mit wärmeübertragungsvorrichtung - Google Patents

Elektronisches system mit wärmeübertragungsvorrichtung

Info

Publication number
EP4046471A1
EP4046471A1 EP20780130.9A EP20780130A EP4046471A1 EP 4046471 A1 EP4046471 A1 EP 4046471A1 EP 20780130 A EP20780130 A EP 20780130A EP 4046471 A1 EP4046471 A1 EP 4046471A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat
electronic system
heat transfer
electronic component
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20780130.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Bucholski
Stefan Ewald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4046471A1 publication Critical patent/EP4046471A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/20445—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing the coupling element being an additional piece, e.g. thermal standoff
    • H05K7/20454—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing the coupling element being an additional piece, e.g. thermal standoff with a conformable or flexible structure compensating for irregularities, e.g. cushion bags, thermal paste

Definitions

  • the present invention relates to an electronic system having a heat transfer device.
  • the invention also relates to a means of locomotion, in particular a motor vehicle, in which such an electronic system is used.
  • a large number of sensors are installed in today's motor vehicles, which are used, for example, by safety functions, assistance functions or pilot functions.
  • Examples of such sensors are radar sensors, lidar sensors, ultrasonic sensors or cameras.
  • the sensors may have to stop working or switch off completely in order to protect the internal electronics from overheating. As a result, it can happen that safety functions, assistance functions or pilot functions have to be deactivated. To avoid this, the sensors must be cooled or the heat generated must be dissipated using suitable measures.
  • DE 11 2014005550 T5 describes a heat transfer device which couples a heat generating element to a heat radiating element and transfers heat from the heat generating element to the heat radiating element.
  • the heat transfer device includes an element made of a composite material and a heat conductor.
  • the element made of a composite material includes a plurality of carbon nanotubes and a plurality of carbon fibers which are mixed into a base material and which are formed into a complex with each other.
  • the respective carbon fibers are cross-linked with one another by means of the carbon nanotubes.
  • the heat conductor has a flexible end which is embedded in the element made of a composite material. The embedded one end is cross-linked by the carbon nanotubes to the carbon fibers in the composite material element.
  • Electronic components are often arranged within a control device or, more generally, within a housing.
  • these electronic components can be designed to be movable, for example to be able to compensate for installation tolerances.
  • two lidar heads can be moved in one lidar sensor Be arranged sensor housing. Under these circumstances, there may be cases where the electronic components cannot be cooled sufficiently.
  • DE 19520938 A1 describes an arrangement for thermal coupling between a component and a heat sink, in which the planes of the thermally contactable surfaces deviate from parallelism and a nominal distance.
  • One of the heat transfer members is rigidly attached to the heat sink.
  • the other heat transfer member is spring-loaded areally connected to a thermally contactable surface of the component.
  • the thermal coupler includes first and second substrates.
  • the first substrate has a first surface.
  • a plurality of first channels are etched on the first surface to form a plurality of first ribs and a first base.
  • the first base can be brought into thermal contact with the heat source.
  • the second substrate has a second surface with a plurality of second channels etched therein.
  • the second channels form a plurality of second ribs and a second base.
  • the second base can be brought into thermal contact with the heat sink.
  • the first and second fins provide a thermally conductive path from the heat source to the heat sink when nested together.
  • lidar sensors In currently available lidar sensors, heat couplers with interlocking ribs are used to dissipate heat from the lidar head to the housing. The heat is transferred by means of thermal radiation.
  • the lidar head can only be rotated in one axis. This has the disadvantage that an external adjustment device is necessary. Movement around two axes is only possible with this concept if several heat couplers coupled to one another are used. However, this is associated with high costs and requires a relatively large installation space.
  • an electronic system comprises: - a housing
  • a heat transfer device for transporting heat from the electronic component to the housing, the heat transfer device having at least one flexible comb-like or brush-like heat coupler for heat transfer by means of heat conduction.
  • the solution according to the invention allows effective cooling of the electronic components located in the housing.
  • the electronic system can continue to work at full capacity even at higher temperatures.
  • a flexible comb-like or brush-like heat coupler for heat transfer by means of heat conduction, a rigid connection of the electronic component to the housing for heat transfer can be dispensed with, which simplifies the assembly and adjustment of the electronic system.
  • the electronic component can be rotated about at least one axis or displaced along at least one axis.
  • several degrees of freedom can also be provided for adjusting the electronic component.
  • the electronic component is only moved very slowly and usually only in a small area.
  • the sensor head of a lidar sensor is rotated only by a few degrees within several minutes during the adjustment, typically by 1 ° -2 °.
  • Such rotations can be well compensated for by the solution according to the invention. Since there is no rigid connection between the electronic component and the housing, there are no problems caused by material fatigue.
  • the at least one flexible comb-like or brush-like heat coupler is arranged on the electronic component and is in contact with a heat sink on the housing.
  • the at least one flexible comb-like or brush-like heat coupler is arranged on the housing and is in contact with a heat source on the electronic component.
  • only a comb-like or brush-like heat coupler is used, which is arranged with a first end either on the electronic component or on the housing. The second end is correspondingly in contact with a heat sink on the housing or a heat source on the electronic component.
  • the possible heat transfer depends on the contact area between the comb-like or brush-like heat coupler and the heat sink or the heat source.
  • the contact surface is in this embodiment relatively small, so that only a limited heat transfer is achieved.
  • the simple assembly of the electronic system is advantageous in this embodiment.
  • the heat transfer device has two interlocking flexible comb-like or brush-like heat couplers, of which a first flexible comb-like or brush-like heat coupler is arranged on the electronic component and a second flexible comb-like or brush-like heat coupler is arranged on the housing.
  • This approach uses two comb-like or brush-like thermal couplers that mesh with one another. This has the advantage that a large contact area is achieved between the two heat couplers, so that a high level of heat transfer is made possible.
  • the at least one flexible comb-like or brush-like heat coupler has bristles made of a thermally conductive material.
  • bristles coated with a thermally conductive material can be used.
  • the amount of heat transfer is largely determined by the thermal conductivity of the material used. It is therefore advantageous to use a material with good thermal conductivity for the connection between the housing and the electronic component.
  • the thermally conductive material is carbon, silver or copper. These materials are characterized by a particularly high thermal conductivity. At the same time, they are easy to process, which makes it easier to manufacture the comb-like or brush-like heat coupler.
  • the bristles have a roughened surface.
  • the effective surface and thus also the possible contact area is enlarged and the heat transfer is increased again.
  • a surface of the electronic component used for heat transfer or surfaces of a heat sink or a heat source can also be roughened.
  • the electronic component has an infrared absorbing coating to increase heat transfer into the heat transfer device.
  • This enables the electronic components to be cooled even more efficiently.
  • the inner wall of a sensor with a Infrared-absorbing paint can be provided, for example with a carbon black coating, in order to increase the heat transfer into the heat coupler.
  • the electronic component is a sensor head. Adjustment of sensor heads is required regularly after the sensor has been installed.
  • the use of the solution according to the invention allows adjustment with several degrees of freedom without there being any restrictions in the heat transfer.
  • An electronic system according to the invention is particularly advantageously used in a means of locomotion, for example in the form of a lidar sensor or a radar sensor.
  • the means of locomotion can in particular be a motor vehicle, e.g. a passenger car, a utility vehicle or a bus.
  • the use of the solution according to the invention makes it possible to compensate for installation tolerances or changes in the position of the means of transport due to a load condition.
  • Fig. 1 shows schematically an electronic system with a
  • Fig. 2 schematically shows a first embodiment of an electronic system with a flexible comb-like or brush-like heat coupler
  • FIG. 3 shows schematically a second embodiment of an electronic system with a flexible comb-like or brush-like heat coupler
  • Fig. 4 shows schematically an electronic system with two flexible comb-like or brush-like heat couplers
  • FIG. 5 shows the electronic system from FIG. 4 after an electronic component has been rotated
  • Fig. 6 shows the electronic system of Fig. 4 after an electronic component has been moved; and Fig. 7 shows schematically a means of locomotion in which an electronic system according to the invention is used.
  • the electronic system 10 comprises a housing 11 and an electronic component 12 arranged in the housing 11.
  • the electronic component 12 is the sensor head of a lidar sensor.
  • the sensor head has a detection cone 20.
  • Internal electronics 22 are located in the housing 11 and are intended to be protected from elevated temperatures.
  • a heat transfer device 13 is provided for transporting heat from the electronic component 12 to the housing 11. This comprises a series of intermeshing ribs 21 which have no direct connection and between which there is a heat transfer by means of thermal radiation.
  • FIG. 2 schematically shows a first embodiment of an electronic system 10 with a flexible comb-like or brush-like heat coupler 14.
  • the heat coupler 14 has a plurality of flexible bristles 18 made of a thermally conductive material, for example bristles 18 made of carbon, silver or copper. Alternatively, the bristles 18 can also only be covered with a thermally conductive material.
  • the heat coupler 14 is arranged with a first end on the electronic component 12, which in turn is the sensor head of a lidar sensor. The second end of the heat coupler 14 is connected to the housing 11 with a heat sink 16 Contact, ie the bristles 18 are in contact with the heat sink 16.
  • the bristles 18 are pressed against the heat sink 16 with a certain pressure so that they are curved.
  • the use of a flexible comb-like or brush-like heat coupler 14 allows rotations about all three axes and displacements along all three axes, as long as a sufficiently large contact area between the bristles 18 and the heat sink 16 is maintained.
  • the surface of the bristles 18, the heat sink 16 or an inner wall 23 of the sensor head can be roughened.
  • the inner wall 23 of the sensor head can be provided with an infrared absorbing coating.
  • Fig. 3 shows schematically a second embodiment of an electronic system 10 with a flexible comb-like or brush-like heat coupler 15.
  • the embodiment shown corresponds in approach to the embodiment shown in Fig. 2, but the first end of the heat coupler 15 is arranged on the housing 11, while its second end is in contact with a heat source 17 on the electronic component 12.
  • the electronic component 12 is here also the sensor head of a lidar sensor.
  • the bristles 18 resting on the heat source 17 are pressed with a certain pressure against the heat source 17 so that they are curved.
  • This embodiment of the heat transfer device 13 also allows rotations about all three axes and displacements along all three axes, as long as a sufficiently large contact surface between the bristles 18 and the heat source 17 is maintained.
  • FIG. 4 schematically shows an electronic system 10 with two flexible, comb-like or brush-like heat couplers 14, 15.
  • the first heat coupler 14 is arranged with a first end on the electronic component 12.
  • the second heat coupler 15, on the other hand, is arranged with its first end on the housing 11.
  • the electronic component 12 is in turn the sensor head of a lidar sensor.
  • Both thermal couplers 14, 15 have a plurality of flexible bristles 18 made of a thermally conductive material, for example bristles 18 made of carbon, silver or copper. Alternatively, the bristles 18 can also only be covered with a thermally conductive material.
  • the bristles 18 of the two heat couplers 14, 15 interlock so that a large contact area is achieved.
  • This embodiment of the heat transfer device 13 also allows rotations about all three axes and displacements along all three axes. In this case, a larger adjustment range is achieved than is the case with the embodiments in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 5 shows the electronic system 10 from FIG. 4 after the sensor head has been rotated about the Z axis. The rotation shown is greater than is to be expected in normal operation.
  • the bristles 18 of the two heat couplers 14, 15 are now curved, but still interlock so that the contact surface between the heat couplers 14, 15 has only changed slightly. Efficient cooling of the sensor head is therefore achieved unchanged.
  • FIG. 6 shows the electronic system 10 from FIG. 4 after a displacement of the sensor head along the Y-axis. The shift shown is greater than is to be expected in normal operation.
  • the bristles 18 of the two heat couplers 14, 15 are now curved as in FIG. 5, but still interlock so that the contact surface between the heat couplers 14, 15 has changed only slightly. Efficient cooling of the sensor head is therefore achieved unchanged.
  • FIG. 7 schematically shows a means of locomotion 30 in which an electronic system 10 according to the invention is used.
  • the means of locomotion 30 is a motor vehicle and the electronic system 10 is a lidar sensor.
  • the motor vehicle can also have further environmental sensors 31, for example cameras or ultrasonic sensors.
  • Further components of the motor vehicle are a data transmission unit 32 and a number of assistance systems 33, one of which is shown as an example.
  • a memory 34 is provided for storing data. The data exchange between the various components of the motor vehicle takes place via a network 35.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches System (10) mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung (13). Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fortbewegungsmittel, insbesondere ein Kraftfahrzeug, in dem ein solches elektronisches System (10) genutzt wird. Das elektronische System (10) umfasst ein Gehäuse (11), eine in dem Gehäuse (11) angeordnete elektronische Komponente (12) und eine Wärmeübertragungsvorrichtung (13) zum Transportieren von Wärme von der elektronischen Komponente (12) zum Gehäuse (11). Die Wärmeübertragungsvorrichtung (13) weist zumindest einen flexiblen kammartigen oder pinselartigen Wärmekoppler (14, 15) für eine Wärmeübertragung mittels Wärmeleitung auf.

Description

Beschreibung
Elektronisches System mit Wärmeübertragungsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches System mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fortbewegungsmittel, insbesondere ein Kraftfahrzeug, in dem ein solches elektronisches System genutzt wird.
In heutigen Kraftfahrzeugen ist eine Vielzahl von Sensoren verbaut, die z.B. durch Sicherheitsfunktionen, Assistenzfunktionen oder Pilotfunktionen genutzt werden. Beispiele für derartige Sensoren sind Radarsensoren, Lidarsensoren, Ultraschallsensoren oder Kameras.
Bei hohen Umgebungstemperaturen müssen die Sensoren unter Umständen ihre Funktion einstellen oder komplett abschalten, um die interne Elektronik vor einer Überhitzung zu schützen. Hierdurch kann es Vorkommen, dass Sicherheitsfunktionen, Assistenzfunktionen oder Pilotfunktionen deaktiviert werden müssen. Um dies zu vermeiden, müssen die Sensoren gekühlt werden bzw. muss die entstehende Wärme durch geeignete Maßnahmen abgeführt werden.
In diesem Zusammenhang beschreibt DE 11 2014005550 T5 eine Wärmetransfer- Einrichtung, die ein Wärmeerzeugungselement mit einem Wärmeabstrahlungselement koppelt und Wärme von dem Wärmeerzeugungselement zu dem Wärmeabstrahlungselement transferiert. Die Wärmetransfer-Einrichtung beinhaltet ein Element aus einem Verbundmaterial und einen Wärmeleiter. Das Element aus einem Verbundmaterial beinhaltet mehrere Kohlenstoff-Nanoröhren und mehrere Kohlenstoff- Fasern, die in ein Basismaterial hineingemischt sind und die miteinander zu einem Komplex gebildet sind. Die jeweiligen Kohlenstoff-Fasern sind mittels der Kohlenstoff-Nanoröhren miteinander quervernetzt. Der Wärmeleiter weist ein flexibles Ende auf, das in dem Element aus einem Verbundmaterial eingebettet ist. Das eingebettete eine Ende ist durch die Kohlenstoff-Nanoröhren mit den Kohlenstoff-Fasern in dem Element aus einem Verbundmaterial quervernetzt.
Oftmals sind elektronische Komponenten innerhalb eines Steuergerätes oder allgemeiner innerhalb eines Gehäuses angeordnet. Zudem können diese elektronischen Komponenten beweglich ausgeführt sein, z.B. um Verbautoleranzen ausgleichen zu können. Beispielsweise können in einem Lidarsensor zwei Lidarköpfe beweglich in einem Sensorgehäuse angeordnet sein. Unter diesen Umständen kann es Vorkommen, dass die elektronischen Komponenten nicht hinreichend gekühlt werden können.
Vor diesem Hintergrund beschreibt DE 19520938 A1 eine Anordnung zur thermischen Kopplung zwischen einem Bauelement und einem Kühlkörper, bei denen die Ebenen der thermisch kontaktierbaren Oberflächen von der Parallelität und einem Nennabstand abweichen. Es sind zwei komplementäre, spielbehaftet mäanderförmig ineinandergreifende Wärmeübertragungsglieder vorgesehen. Eines der Wärmeübertragungsglieder ist an dem Kühlkörper starr befestigt. Das andere Wärmeübertragungsglied ist federbelastet flächenhaft mit einer thermisch kontaktierbaren Oberfläche des Bauelementes verbunden.
US 5,787,976 beschreibt einen Wärmekoppler zur thermischen Kopplung zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke. Der Wärmekoppler umfasst ein erstes und ein zweites Substrat. Das erste Substrat weist eine erste Oberfläche auf. Eine Vielzahl von ersten Kanälen wird auf die erste Oberfläche geätzt, um eine Vielzahl von ersten Rippen und eine erste Basis zu bilden. Die erste Basis kann thermisch mit der Wärmequelle in Kontakt gebracht werden. Das zweite Substrat weist eine zweite Oberfläche mit mehreren darin geätzten zweiten Kanälen auf. Die zweiten Kanäle bilden mehrere zweite Rippen und eine zweite Basis. Die zweite Basis kann thermisch mit der Wärmesenke in Kontakt gebracht werden. Die ersten und zweiten Rippen stellen einen wärmeleitenden Pfad von der Wärmequelle zur Wärmesenke bereit, wenn sie miteinander verschachtelt sind.
Bei aktuell verfügbaren Lidarsensoren werden Wärmekoppler mit ineinandergreifende Rippen verwendet, um Wärme vom Lidarkopf zum Gehäuse abzuführen. Die Wärmeübertragung erfolgt dabei mittels Wärmestrahlung. Der Lidarkopf lässt sich so allerdings nur in einer Achse verdrehen. Dies hat den Nachteil, dass eine externe Justagevorrichtung notwendig ist. Eine Bewegung um zwei Achsen ist mit diesem Konzept nur möglich, wenn mehrere miteinander gekoppelte Wärmekoppler verwendet werden. Dies ist allerdings mit hohen Kosten verbunden und erfordert einen relativ großen Bauraum.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Lösung zur Wärmeübertragung in einem elektronischen System bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein elektronisches System: - ein Gehäuse;
- eine in dem Gehäuse angeordnete elektronische Komponente; und
- eine Wärmeübertragungsvorrichtung zum Transportieren von Wärme von der elektronischen Komponente zum Gehäuse, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung zumindest einen flexiblen kammartigen oder pinselartigen Wärmekoppler für eine Wärmeübertragung mittels Wärmeleitung aufweist.
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt eine effektive Kühlung der in dem Gehäuse befindlichen elektronischen Komponente. Das elektronische System kann so auch bei höheren Temperaturen weiterhin mit voller Leistungsfähigkeit arbeiten. Durch die Verwendung eines flexiblen kammartigen oder pinselartigen Wärmekopplers für die Wärmeübertragung mittels Wärmeleitung kann auf eine starre Anbindung der elektronischen Komponente an das Gehäuse für die Wärmeübertragung verzichtet werden, was die Montage und Justage des elektronischen Systems vereinfacht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die elektronische Komponente um zumindest eine Achse drehbar oder entlang zumindest einer Achse verschiebbar. Natürlich können für die Justage der elektronischen Komponente auch mehrere Freiheitsgrade vorgesehen sein. Bei der Justage wird die elektronische Komponente nur sehr langsam und in der Regel auch nur in einem kleinen Bereich bewegt. Beispielsweise wird der Sensorkopf eines Lidarsensors bei der Justage nur um wenige Grad innerhalb von mehreren Minuten verdreht, typischerweise um 1°-2°. Derartige Verdrehungen können durch die erfindungsgemäße Lösung gut ausgeglichen werden. Da keine starre Verbindung zwischen der elektronischen Komponente und dem Gehäuse besteht, treten keine Probleme durch Materialermüdung auf.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der zumindest eine flexible kammartige oder pinselartige Wärmekoppler an der elektronischen Komponente angeordnet und steht mit einer Wärmesenke am Gehäuse in Kontakt. Alternativ dazu ist der zumindest eine flexible kammartige oder pinselartige Wärmekoppler am Gehäuse angeordnet und steht mit einer Wärmequelle an der elektronischen Komponente in Kontakt. Bei diesem Ansatz wird nur ein kammartiger oder pinselartiger Wärmekoppler verwendet, der mit einem ersten Ende wahlweise an der elektronischen Komponente oder am Gehäuse angeordnet ist. Das zweite Ende steht entsprechend mit einer Wärmesenke am Gehäuse oder einer Wärmequelle an der elektronischen Komponente in Kontakt. Der mögliche Wärmeübertrag hängt von der Kontaktfläche zwischen dem kammartigen oder pinselartigen Wärmekoppler und der Wärmesenke bzw. der Wärmequelle ab. Die Kontaktfläche ist in dieser Ausführungsform relativ klein, sodass nur ein eingeschränkter Wärmeübertrag erreicht wird. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform allerdings die einfache Montage des elektronischen Systems.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Wärmeübertragungsvorrichtung zwei ineinandergreifende flexible kammartige oder pinselartige Wärmekoppler auf, von denen ein erster flexibler kammartiger oder pinselartiger Wärmekoppler an der elektronischen Komponente angeordnet ist und ein zweiter flexibler kammartiger oder pinselartiger Wärmekoppler am Gehäuse angeordnet ist. Bei diesem Ansatz werden zwei kammartige oder pinselartige Wärmekoppler verwendet, die ineinander greifen. Dies hat den Vorteil, dass eine große Kontaktfläche zwischen den beiden Wärmekopplern erreicht wird, sodass ein hoher Wärmeübertrag ermöglicht wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der zumindest eine flexible kammartige oder pinselartige Wärmekoppler Borsten aus einem wärmeleitenden Material auf. Alternativ dazu können Borsten verwendet werden, die mit einem wärmeleitenden Material überzogenen sind. Die Höhe des Wärmeübertrags wird neben der Größe der Kontaktfläche maßgeblich durch die Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Material bestimmt. Es ist daher vorteilhaft, ein gut wärmeleitendes Material für die Verbindung zwischen Gehäuse und elektronischer Komponente zu verwenden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das wärmeleitende Material Kohlenstoff, Silber oder Kupfer. Diese Materialien zeichnen sich durch eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aus. Zugleich lassen sie sich gut verarbeiten, was die Herstellung des kammartigen oder pinselartigen Wärmekopplers erleichtert.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weisen die Borsten eine aufgeraute Oberfläche auf. Durch das Aufrauen der Oberfläche der Borsten wird die effektive Oberfläche und somit auch die mögliche Kontaktfläche vergrößert und so der Wärmeübertrag nochmals erhöht. Entsprechend können auch eine für die Wärmeübertragung dienende Oberfläche der elektronischen Komponente oder Oberflächen einer Wärmesenke oder einer Wärmequelle aufgeraut sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die elektronische Komponente eine Infrarot absorbierende Beschichtung zur Steigerung eines Wärmeübertrages in die Wärmeübertragungsvorrichtung auf. Dies ermöglicht eine noch effizientere Kühlung der elektronischen Komponente. Beispielsweise kann die Innenwand eines Sensors mit einer Infrarot-absorbierende Farbe versehen werden, z.B. mit einer Rußbeschichtung, um den Wärmeübertrag in den Wärmekoppler zu erhöhen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die elektronische Komponente ein Sensorkopf. Bei Sensorköpfen ist regelmäßig eine Justage erforderlich, nachdem der Sensor verbaut wurde. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung erlaubt eine Justage mit mehreren Freiheitsgraden, ohne dass es zu Einschränkungen bei der Wärmeübertragung kommt.
Besonders vorteilhaft wird ein erfindungsgemäßes elektronisches System in einem Fortbewegungsmittel verwendet, beispielsweise in Form eines Lidarsensors oder eines Radarsensors. Bei dem Fortbewegungsmittel kann es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeug handeln, z.B. um einen Personenkraftwagen, ein Nutzfahrzeug oder einen Bus. Die Nutzung der erfindungsgemäßen Lösung erlaubt es dabei, Verbautoleranzen oder Lageänderungen des Fortbewegungsmittels aufgrund eines Beladungszustandes auszugleichen.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.
Fig. 1 zeigt schematisch ein elektronisches System mit einer
Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines elektronischen Systems mit einem flexiblen kammartigen oder pinselartigen Wärmekoppler;
Fig. 3 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform eines elektronischen Systems mit einem flexiblen kammartigen oder pinselartigen Wärmekoppler;
Fig. 4 zeigt schematisch ein elektronisches System mit zwei flexiblen kammartigen oder pinselartigen Wärmekopplern;
Fig. 5 zeigt das elektronische System aus Fig. 4 nach einer Verdrehung einer elektronischen Komponente;
Fig. 6 zeigt das elektronische System aus Fig. 4 nach einer Verschiebung einer elektronischen Komponente; und Fig. 7 stellt schematisch ein Fortbewegungsmittel dar, in dem ein erfindungsgemäßes elektronisches System verwendet wird.
Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein elektronisches System 10 mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung 13 gemäß dem Stand der Technik. Das elektronische System 10 umfasst ein Gehäuse 11 sowie eine in dem Gehäuse 11 angeordnete elektronische Komponente 12. Im dargestellten Beispiel handelt es sich bei der elektronischen Komponente 12 um den Sensorkopf eines Lidarsensors. Der Sensorkopf hat einen Erfassungskegel 20. In dem Gehäuse 11 befindet sich eine interne Elektronik 22, die vor erhöhten Temperaturen geschützt werden soll. Zum Transportieren von Wärme von der elektronischen Komponente 12 zum Gehäuse 11 ist eine Wärmeübertragungsvorrichtung 13 vorgesehen. Diese umfasst eine Reihe von ineinandergreifenden Rippen 21, die keine direkte Verbindung haben und zwischen denen ein Wärmeübertrag mittels Wärmestrahlung erfolgt. Nach dem Verbau des elektronischen Systems 10 ist unter Umständen eine Justage der elektronischen Komponente 12 erforderlich. Beispielsweise muss nach dem Verbau eines Lidarsensors in einem Kraftfahrzeug der Sensorkopf ausgerichtet werden, damit der Erfassungskegel 20 einen gewünschten Bereich abdeckt. Bei einer Änderung der Beladung des Kraftfahrzeugs kann eine erneute Ausrichtung des Sensorkopfes erforderlich werden.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten System 10 ist eine Drehung um die Y-Achse sowie eine Verschiebung entlang der X-Achse sowie der Z-Achse möglich. Insbesondere Drehungen um die X-Achse und die Z-Achse können nicht vorgenommen werden.
Fig. 2 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines elektronischen Systems 10 mit einem flexiblen kammartigen oder pinselartigen Wärmekoppler 14. Der Wärmekoppler 14 weist eine Vielzahl von flexiblen Borsten 18 aus einem wärmeleitenden Material auf, z.B. Borsten 18 aus Kohlenstoff, Silber oder Kupfer. Alternativ können die Borsten 18 auch lediglich mit einem wärmeleitenden Material überzogen sein. Der Wärmekoppler 14 ist in dieser Ausführungsform mit einem ersten Ende an der elektronischen Komponente 12 angeordnet, bei der es sich wiederum um den Sensorkopf eines Lidarsensors handelt. Das zweite Ende des Wärmekopplers 14 steht mit einer Wärmesenke 16 am Gehäuse 11 in Kontakt, d.h. die Borsten 18 liegen an der Wärmesenke 16 an. Damit eine ausreichende Kontaktfläche zwischen den Borsten 18 und der Wärmesenke 16 erzielt wird, werden die Borsten 18 mit einem gewissen Druck gegen die Wärmesenke 16 gepresst, sodass sie gekrümmt sind. Die Verwendung eines flexiblen kammartigen oder pinselartigen Wärmekopplers 14 erlaubt Drehungen um alle drei Achsen und Verschiebungen entlang aller drei Achsen, solange eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen den Borsten 18 und der Wärmesenke 16 erhalten bleibt. Zur Erhöhung des Wärmeübertrags kann die Oberfläche der Borsten 18, der Wärmesenke 16 oder auch einer Innenwand 23 des Sensorkopfes aufgeraut sein. Zudem kann die Innenwand 23 des Sensorkopfes mit einer Infrarot absorbierenden Beschichtung versehen sein.
Fig. 3 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform eines elektronischen Systems 10 mit einem flexiblen kammartigen oder pinselartigen Wärmekoppler 15. Die gezeigte Ausführungsform entspricht vom Ansatz her der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform, allerdings ist der Wärmekoppler 15 mit seinem ersten Ende am Gehäuse 11 angeordnet, während sein zweites Ende mit einer Wärmequelle 17 an der elektronischen Komponente 12 in Kontakt steht. Bei der elektronischen Komponente 12 handelt es sich auch hier um den Sensorkopf eines Lidarsensors. Damit eine ausreichende Kontaktfläche zwischen den Borsten 18 und der Wärmequelle 17 erzielt wird, werden die an der Wärmequelle 17 anliegenden Borsten 18 mit einem gewissen Druck gegen die Wärmequelle 17 gepresst, sodass sie gekrümmt sind. Auch diese Ausführungsform der Wärmeübertragungsvorrichtung 13 erlaubt Drehungen um alle drei Achsen und Verschiebungen entlang aller drei Achsen, solange eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen den Borsten 18 und der Wärmequelle 17 erhalten bleibt.
Fig. 4 zeigt schematisch ein elektronisches System 10 mit zwei flexiblen kammartigen oder pinselartigen Wärmekopplern 14, 15. Der erste Wärmekoppler 14 ist mit einem ersten Ende an der elektronischen Komponente 12 angeordnet. Der zweite Wärmekoppler 15 ist hingegen mit seinem ersten Ende am Gehäuse 11 angeordnet. Bei der elektronischen Komponente 12 handelt es sich wiederum um den Sensorkopf eines Lidarsensors. Beide Wärmekoppler 14, 15 weisen eine Vielzahl von flexiblen Borsten 18 aus einem wärmeleitenden Material auf, z.B. Borsten 18 aus Kohlenstoff, Silber oder Kupfer. Alternativ können die Borsten 18 auch lediglich mit einem wärmeleitenden Material überzogen sein.
Die Borsten 18 der beiden Wärmekoppler 14, 15 greifen ineinander, sodass eine große Kontaktfläche erzielt wird. Auch diese Ausführungsform der Wärmeübertragungsvorrichtung 13 erlaubt Drehungen um alle drei Achsen und Verschiebungen entlang aller drei Achsen. Dabei wird ein größerer Justagebereich erzielt, als dies bei den Ausführungsformen in Fig. 2 und Fig. 3 der Fall ist.
Fig. 5 zeigt das elektronische System 10 aus Fig. 4 nach einer Verdrehung des Sensorkopfes um die Z-Achse. Die dargestellte Verdrehung ist dabei größer, als dies im Regelbetrieb zu erwarten ist. Die Borsten 18 der beiden Wärmekoppler 14, 15 sind nun gekrümmt, greifen aber nach wie vor ineinander, sodass sich die Kontaktfläche zwischen den Wärmekopplern 14, 15 nur geringfügig verändert hat. Es wird daher unverändert eine effiziente Kühlung des Sensorkopfes erreicht.
Fig. 6 zeigt das elektronische System 10 aus Fig. 4 nach einer Verschiebung des Sensorkopfes entlang der Y-Achse. Die dargestellte Verschiebung ist dabei größer, als dies im Regelbetrieb zu erwarten ist. Die Borsten 18 der beiden Wärmekoppler 14, 15 sind nun wie schon in Fig. 5 gekrümmt, greifen aber nach wie vor ineinander, sodass sich die Kontaktfläche zwischen den Wärmekopplern 14, 15 nur geringfügig verändert hat. Es wird daher unverändert eine effiziente Kühlung des Sensorkopfes erreicht.
Fig. 7 stellt schematisch ein Fortbewegungsmittel 30 dar, in dem ein erfindungsgemäßes elektronisches System 10 verwendet wird. In diesem Beispiel handelt es sich beim Fortbewegungsmittel 30 um ein Kraftfahrzeug und bei dem elektronischen System 10 um einen Lidarsensor. Neben dem Lidarsensor kann das Kraftfahrzeug auch weitere Umgebungssensorik 31 aufweisen, z.B. Kameras oder Ultraschallsensoren. Weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs sind eine Datenübertragungseinheit 32 sowie eine Reihe von Assistenzsystemen 33, von denen eines exemplarisch dargestellt ist. Mittels der Datenübertragungseinheit 32 kann beispielsweise eine Verbindung zu Dienstanbietern aufgebaut werden. Zur Speicherung von Daten ist ein Speicher 34 vorhanden. Der Datenaustausch zwischen den verschiedenen Komponenten des Kraftfahrzeugs erfolgt über ein Netzwerk 35.
Bezugszeichenliste
Elektronisches System Gehäuse
Elektronische Komponente
Wärmeübertragungsvorrichtung
Kammartiger oder pinselartiger Wärmekoppler
Kammartiger oder pinselartiger Wärmekoppler
Wärmesenke
Wärmequelle
Borste
Erfassungskegel
Rippe
Interne Elektronik
Innenwand
Fortbewegungsmittel
Umgebungssensorik
Datenübertragungseinheit
Assistenzsystem
Speicher
Netzwerk

Claims

Patentansprüche
1. Elektronisches System (10) mit:
- einem Gehäuse (11);
- einer in dem Gehäuse (11) angeordneten elektronischen Komponente (12); und
- einer Wärmeübertragungsvorrichtung (13) zum Transportieren von Wärme von der elektronischen Komponente (12) zum Gehäuse (11), wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung (13) zumindest einen flexiblen kammartigen oder pinselartigen Wärmekoppler (14, 15) für eine Wärmeübertragung mittels Wärmeleitung aufweist.
2. Elektronisches System (10) gemäß Anspruch 1, wobei die elektronische Komponente (12) um zumindest eine Achse drehbar oder entlang zumindest einer Achse verschiebbar ist.
3. Elektronisches System (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der zumindest eine flexible kammartige oder pinselartige Wärmekoppler (14) an der elektronischen Komponente (12) angeordnet ist und mit einer Wärmesenke (16) am Gehäuse (11) in Kontakt steht, oder wobei der zumindest eine flexible kammartige oder pinselartige Wärmekoppler (15) am Gehäuse (11) angeordnet ist und mit einer Wärmequelle (17) an der elektronischen Komponente (12) in Kontakt steht.
4. Elektronisches System (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung (13) zwei ineinandergreifende flexible kammartige oder pinselartige Wärmekoppler (14, 15) aufweist, von denen ein erster flexibler kammartiger oder pinselartiger Wärmekoppler (14) an der elektronischen Komponente (12) angeordnet ist und ein zweiter flexibler kammartiger oder pinselartiger Wärmekoppler (15) am Gehäuse (11) angeordnet ist.
5. Elektronisches System (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine flexible kammartige oder pinselartige Wärmekoppler (14, 15) Borsten (18) aus einem wärmeleitenden Material oder mit einem wärmeleitenden Material überzogenen Borsten (18) aufweist.
6. Elektronisches System (10) gemäß Anspruch 5, wobei das wärmeleitende Material Kohlenstoff, Silber oder Kupfer ist.
7. Elektronisches System (10) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Borsten (18) eine aufgeraute Oberfläche aufweisen.
8. Elektronisches System (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die elektronische Komponente (12) eine Infrarot-absorbierende Beschichtung zur Steigerung eines Wärmeübertrages in die Wärmeübertragungsvorrichtung (13) aufweist.
9. Elektronisches System (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die elektronische Komponente (12) ein Sensorkopf ist.
10. Fortbewegungsmittel (30), dadurch gekennzeichnet, dass das Fortbewegungsmittel (30) ein elektronisches System (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
EP20780130.9A 2019-10-16 2020-09-21 Elektronisches system mit wärmeübertragungsvorrichtung Pending EP4046471A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019215958.3A DE102019215958A1 (de) 2019-10-16 2019-10-16 Elektronisches System mit Wärmeübertragungsvorrichtung
PCT/EP2020/076341 WO2021073836A1 (de) 2019-10-16 2020-09-21 Elektronisches system mit wärmeübertragungsvorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4046471A1 true EP4046471A1 (de) 2022-08-24

Family

ID=72644209

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20780130.9A Pending EP4046471A1 (de) 2019-10-16 2020-09-21 Elektronisches system mit wärmeübertragungsvorrichtung

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4046471A1 (de)
CN (1) CN114514803A (de)
DE (1) DE102019215958A1 (de)
WO (1) WO2021073836A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0718883A2 (de) * 1994-12-22 1996-06-26 Alcatel SEL Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Abführen von Wärme von einem elektronischen Bauelement

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19520938C2 (de) * 1995-06-02 1999-06-10 Hartmann & Braun Gmbh & Co Kg Anordnung zur thermischen Kopplung
US5787976A (en) * 1996-07-01 1998-08-04 Digital Equipment Corporation Interleaved-fin thermal connector
DE10316506A1 (de) * 2003-04-09 2004-11-18 Schott Glas Lichterzeugende Vorrichtung mit Reflektor
DE102005016098A1 (de) * 2005-04-08 2006-10-12 Tq-Components Gmbh Kühlsystem für elektrische und/oder elektronische Geräte
US20080247177A1 (en) * 2007-02-09 2008-10-09 Toyoda Gosei Co., Ltd Luminescent device
US9126128B2 (en) * 2008-11-11 2015-09-08 Seldon Technologies, Inc. Device including carbon nanotube material for separating a liquid emulsion of an organic liquid and water
JP5239768B2 (ja) * 2008-11-14 2013-07-17 富士通株式会社 放熱材料並びに電子機器及びその製造方法
DE102009055443A1 (de) * 2009-12-31 2011-07-07 Sgl Carbon Se, 65203 Decken- oder Wandelement
CN102573397A (zh) * 2010-12-23 2012-07-11 山特电子（深圳）有限公司 热传输装置、其制造和组装方法及设备组件
US8945749B2 (en) * 2011-12-15 2015-02-03 GM Global Technology Operations LLC Carbon fiber thermal interface for cooling module assembly
JP6070525B2 (ja) * 2013-12-06 2017-02-01 株式会社デンソー 熱輸送装置
CN104684364B (zh) * 2015-03-02 2018-05-08 苏州旭创科技有限公司 光模块
CN105099564B (zh) * 2015-06-16 2018-04-10 苏州旭创科技有限公司 封装结构及光模块
US10791651B2 (en) * 2016-05-31 2020-09-29 Carbice Corporation Carbon nanotube-based thermal interface materials and methods of making and using thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0718883A2 (de) * 1994-12-22 1996-06-26 Alcatel SEL Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Abführen von Wärme von einem elektronischen Bauelement

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021073836A1 (de) 2021-04-22
CN114514803A (zh) 2022-05-17
DE102019215958A1 (de) 2021-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4045935B1 (de) Elektronisches system mit wärmeübertragungsvorrichtung
EP3616323B1 (de) Abgesetztes tunermodul mit verbesserten wärmeeigenschaften
DE102014210570A1 (de) Temperiervorrichtung zum Temperieren einer Batterie
DE102020213660A1 (de) Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug
DE102017216241A1 (de) Lidar-Anordnung mit Strömungskühlung
EP2165343B1 (de) Elektrisches speichermodul mit kühlkörpern
WO2021073836A1 (de) Elektronisches system mit wärmeübertragungsvorrichtung
DE112019005367B4 (de) Thermoelektrischer generator
WO2008083878A1 (de) Fixierungselement für leiterplatten
DE102017216786A1 (de) Zellmodulüberwachungsvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, Zellmodul und Fahrzeugbatterie
EP3230673A1 (de) Wärmeübertragendes ausgleichselement sowie elektrisch betreibbares fahrzeug mit derartigem ausgleichselement
EP3818922B1 (de) Kühlvorrichtung für ein endoskop oder exoskop
DE102018217412A1 (de) Optische Anordnung mit einer Transportsicherung
DE102018123923A1 (de) Anschlussklemme
DE102008052145A1 (de) Kühlanordnung, Heizanordnung und Elektrogerät
DE102019123833B4 (de) Head-Up-Displayvorrichtungs-Baugruppe, Head-Up-Displayvorrichtung und Steuerungsvorrichtungssystem
DE102017206146B4 (de) Hochstrom-Steckbuchse und Hochstrom-Steckeranordnung mit einer Hochstrom-Steckbuchse
EP2148368A1 (de) Leistungshalbleitermodul
DE102024128781B3 (de) Radiatorsystem und Kühlungssystem für einen Satelliten, sowie Satellit
DE102006008230B4 (de) Bildaufnahmesystem
DE102012207107A1 (de) Mehrschichtplatine
EP3358683B1 (de) Elektrische steckkupplungsvorrichtung in deren gehäuse ein elektronisches bauteil angeordnet ist.
DE102024124498A1 (de) Befestigungssystem für Leiterplatten zur Abführung von Verlustwärme
DE102023005062A1 (de) Antriebsmaschine sowie Verfahren
DE102018111228A1 (de) Schutzgehäuse für eine Steuereinheit

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220516

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20241023