DE102005013567A1 - Anordnung zur Kühlung von Komponenten in einem Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung einer Komponente (13) in einem Fahrzeug mit einer Einrichtung (3) zur Bereitstellung kühler Luft (4), mit mindestens einer Luftzuführeinrichtung (5) zur Zufuhr der kühlen Luft (4) in einen Passagierraum (6) des Fahrzeugs und mit einem von der Luftzuführeinrichtung (5) vor Erreichen des Passagierraums (6) abzweigenden ersten Luftführungselement (12), welches einen Teil (11) der kühlen Luft (4) von der Luftzuführeinrichtung (5) wegführt und an die zu kühlende Komponente (13) heranführt. Erfindungsgemäß führt eine Luftabsaugeinrichtung (16) Luft (19) von der Komponente (13) weg.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung einer Komponente in einem Fahrzeug mit einer Einrichtung zur Bereitstellung kühler Luft, mit mindestens einer Luftzuführeinrichtung zur Zufuhr der kühlen Luft in einen Passagierraum des Fahrzeugs, und mit einem von der Luftzuführeinrichtung vor Erreichen des Passagierraums abzweigenden ersten Luftführungselement, welches einen Teil der kühlen Luft von der Luftzuführeinrichtung wegführt und an die zu kühlende Komponente heranführt.
  • Aus der US 5,481,885 ist ein Ventilationssystem für den Bereich des Armaturenbretts eines Kraftfahrzeuges bekannt, welches Bestandteil einer üblichen Lüftungs- bzw. Klimaanlage ist. Eine Luftleitung zweigt kühle Luft aus einem von einem Gebläse erzeugten Hauptluftstrom ab und leitet sie zu elektronischen Komponenten, beispielsweise der Audioanlage, hin.
  • In heutigen Fahrzeugen, die nicht nur Personenkraftwagen, sondern auch Lastkraftwagen oder Schiffe umfassen, kommen mehr und mehr elektronische Geräte zum Einsatz, die den Fahrzeugführer bei seiner Aufgabe unterstützen und den Komfort des Fahrzeugführers und anderer Passagiere erhöhen sollen. So werden beispielsweise neben Informationsgeräten, wie Navigationssystem, Abstandswarneinrichtung und Bordcomputer, auch Unterhaltungssysteme mit Audio- und Videogeräten in den Fahrzeugen verbaut. Für die Passagiere sind jeweils nur die Anzeige- und Bedieneinheiten der Geräte sichtbar, während die übrigen elektrischen und elektronischen Komponenten im allgemeinen in Einschubschächten und hinter Blenden verschwinden. Um die von den elektronischen Komponenten zwangsläufig erzeugte Wärme abzuführen, werden heute üblicherweise Kühlkörper oder Lüfter direkt auf bzw. nahe dieser Komponenten angebraucht. Die Wärmeabfuhr wird dadurch jedoch nicht immer in ausreichendem Maße gewährleistet, was sich insbesondere bei hitzeempfindlichen Komponenten, wie CD- und DVD-Laufwerken, auf deren Funktionssicherheit auswirkt. Außerdem werden Lüftergeräusche häufig als störend empfunden. Die Zufuhr zusätzlicher kühler Luft gemäß der US 5,481,885 stellt demgegenüber bereits eine Verbesserung dar.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die eingangs genannte Anordnung so zu verbessern, dass eine tatsächliche Kühlung der Komponente stets sichergestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung nach Anspruch 1 gelöst.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere im Cockpitbereich von Fahrzeugen, in dem der Bauraum aufgrund der Vielzahl der hinter den Blenden angeordneten Geräte begrenzt ist, aufgrund der hohen Packungsdichte ein Problem mit der Abfuhr der durch die Elektronik erzeugten Wärme besteht. Kühlkörper und Lüfter sind in einem solchen Fall nur von geringem Nutzen und auch die zusätzlich zugeführte kühle Luft kommt kaum zur richtigen Wirkung, wenn sie, nachdem die Komponente die Eigenwärme an sie abgegeben hat, sich einfach mit nachströmender kühler Luft verwirbelt. Um Abhilfe zu schaffen, schlägt die Erfindung vor, eine Luftabsaugeinrichtung vorzusehen, die Luft von der zu kühlenden Komponente wegführt. Auf diese Weise wird eine Luftströmung erzeugt, die die warme Luft von der Komponente mit sich nimmt. Bei gleichzeitiger Zufuhr von kühler Luft, d.h. von Luft, deren Temperatur gegenüber der Temperatur der Komponente geringer ist, durch ein erstes Luftführungselement wird gewährleistet, dass die Komponente permanent Wärme an die kühle Luft abgeben kann und dass die aufgewärmte Luft beständig abtransportiert wird. Unter einer zu kühlenden Komponente wird neben einer bereits genannten elektronischen Komponente auch eine an elektronische Geräte angrenzende und damit deren Abwärme aufnehmende Komponente verstanden, beispielsweise eine Wand oder ein Staufach im Cockpitbereich. Die kühle Luft kann über ein Gebläse zum Ansaugen von kühler Luft aus dem Außenraum des Fahrzeugs oder auch von einem Klimakompressor bereitgestellt werden.
  • Um eine möglichst große Wärmeabgabe an die zugeführte kühle Luft zu gewährleisten, wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, dass die Luftabsaugeinrichtung und das erste Luftführungselement auf derselben Seite der Komponente und beabstandet zueinander angeordnet sind. Durch die Anordnung auf derselben Seite der Komponente wird eine Strömung entlang einer Oberfläche der Komponente erzeugt, d.h. es wird sichergestellt, dass die zugeführte kühle Luft an dieser Oberfläche entlang strömt, dabei Wärme aufnimmt und nach Erreichen bzw. in der Nähe der Luftabsaugeinrichtung wieder abtransportiert wird. Je größer dabei der Bereich der zwischen dem ersten Luftführungselement und der Luftabsaugeinrichtung befindlichen Oberfläche ist, desto mehr Wärme kann an die kühle Luft abgegeben werden, vorausgesetzt, die Temperatur der kühlen Luft ist niedrig genug und die Luftabsaugeinrichtung ist so angeordnet bzw. ausgelegt, dass die zugeführte Luft sicher von der Absaugströmung erfasst wird.
  • Die Luftabsaugeinrichtung kann ein Sauggebläse in Verbindung mit einer in den Passagier- bzw. den Fahrzeugaußenraum reichenden Luftabführleitung sein, welche in der Nähe der zu kühlenden Komponente angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Luftabsaugeinrichtung jedoch nur durch ein zweites Luftführungselement gebildet, welches mit der Luftzuführeinrichtung zwischen dem Passagierraum und dem ersten Luftführungselement verbunden ist. In der Luftzuführungseinrichtung herrscht eine Strömung in Richtung des Passagierraums vor. Stromabwärts gesehen, wird kühle Luft aus dieser Strömung mittels des ersten Luftführungselementes abgezweigt und, nachdem sie durch die Komponente aufgewärmt wurde, mittels des zweiten Luftführungselementes anschließend der Strömung wieder zugeführt. Bei dieser Ausgestaltung kann auf ein aktives Saugelement, wie ein Gebläse, verzichtet werden, da hierbei die durch die Strömung in der Luftzuführungseinrichtung hervorgerufene Saugwirkung genutzt wird. Die Strömung verursacht nämlich in dem zweiten Luftführungselement, nahe der Verbindungsstelle zur Luftzuführungseinrichtung, einen Unterdruck, der für ein ständiges Nachströmen der in das zweite Luftführungselement auf der Seite der Komponente eintretenden Luft sorgt. Neben der Einsparung eines aktiven Saugelements bietet diese bevorzugte Ausgestaltung weitere Vorteile. Eine zusätzliche Abführleitung und damit Öffnung in den Passagierraum oder den Fahrzeugaußenraum ist nicht erforderlich, da die abgezweigte Luft dem ursprünglichen Luftstrom einfach wieder zugeführt wird. Die Ausgestaltung von Blenden und Abdeckungen im Fahrzeug bleibt also von der Kühlanordnung unberührt. Weiterhin werden heutige Klimaanlagen üblicherweise aus Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt. Die Anbringung zusätzlicher Luftführungen an der Hauptluftleitung der Luftzuführungseinrichtung erfordert dabei keinen weiteren Arbeitsgang, stellt also eine in der Herstellung preiswerte Lösung dar.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Querschnitt der Luftzuführeinrichtung im Bereich vor und nach der Verbindung zum zweiten Luftführungselement nahezu konstant. Auf diese Weise wird die Saugwirkung noch verstärkt, da sich die Geschwindigkeit der Strömung nach Hinzuführung des abgezweigten Luftteils aufgrund des gleichbleibenden Querschnitts erhöht.
  • Um eine maximal mögliche Wärmeabfuhr an der Komponente zu gewährleisten, wird in einer Weiterbildung der Erfindung stets die kühlste Luft einer Klimaanlage bzw. eines Lüftungssystems des Fahrzeugs verwendet, was durch die Anordnung des ersten Luftführungselementes vor einer zum Erwärmen der kühlen Luft dienenden Heizvorrichtung und/oder hinter einem aktiven Kühlelement, beispielsweise einem Klimakompressor, erreicht wird, jeweils betrachtet stromabwärts der Luftzuführeinrichtung. Die kühle Luft kann also entweder durch einfaches Ansaugen von Außenluft oder auch durch aktive Kühlung von Luft erzeugt werden. In beiden Fällen wird diese kühlste Luft zur Zuführung an die Komponente verwendet. Eine Heizvorrichtung zum Aufwärmen der Luft ist der Luftabzweigung durch das erste Luftführungselement nachgeordnet.
  • Da es auch bei kühleren Außentemperaturen, wenn ein aktives Kühlelement bzw. eine Klimaanlage im Fahrzeug nicht angeschaltet ist, zu einer Überhitzung im Bereich der Komponente kommen kann, ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass eine Überwachungseinrichtung die Temperatur der Komponente überwacht und bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes das aktive Kühlelement bzw. die Klimaanlage aktiviert. Die Überwachungseinheit kann dabei eine eigenständige Logikeinheit oder auch Bestandteil der zu kühlenden Komponente oder Bestandteil der Klimaanlage sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt eine schematische Klimaanlage 1 in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus einer Klimasteuerung 23, einer Zuführungseinrichtung 5, einen Klimakompressor 3 sowie einen Zuheizer 18. Die Klimasteuerung 23 steuert über die Steuerleitungen 23 und 25 den Betrieb des Klimakompressors 3 sowie des Zuheizers 18. In bzw. an einer zu kühlenden elektronischen Komponente 13 ist ein Temperatursensor 21 angebracht, der die Temperatur der Komponente 13 erfasst und an eine zu der Komponente 13 gehörende Überwachungseinheit 20 ausgibt. In dem in der Figur dargestellten Betriebsfall hat die von dem Sensor 21 erfasste Temperatur einen Schwellwert überschritten, d.h. für die Komponente 13 droht eine Überhitzung. Entsprechend steuert die Überwachungseinheit 20 über einen Steuerbus 22, beispielsweise einen CAN-Bus, die Klimasteuerung 23 an und schaltet damit die Klimaanlage 1 ein. Eine aus einem Außenraum des Fahrzeugs angesaugte bzw. über einen Umluftkreis aus einem Passagierraum 6 zurückgewonnene Luft 2 wird nun mittels des Klimakompressors 3 gekühlt, woraus die kühle Luft 4 entsteht. Diese wird über eine Luftzuführeinrichtung 5 in Richtung des Passagierraums 6 befördert, welcher sich hinter einer Blende 7 befindet. In die Blende 7 ist eine Öffnung 8 eingebracht, durch die ein Luftstrom 9 hindurchtritt. Um die kühle 4 Luft auf die für die Klimatisierung des Passagierraums 6 gewünschte Temperatur zu bringen, wird die kühle Luft 4 teilweise noch durch einen Zuheizer 18 geleitet, woraus die erwärmte Luft 14 resultiert, die sich aus einem erwärmten Luftteil 26 und einem kühlen Luftteil 27 zusammensetzt. Die Strömungsrichtung 10 der in der Luftzuführeinrichtung 5 strömenden Luft wird zusätzlich durch die Spitzen der die einzelnen Luftströmungen 2, 4, 26, 27, 14 und 9 darstellenden Pfeile verdeutlicht. Aus der Gesamtmenge der kühlen Luft 4 wird ein Teil 11 über ein erstes Luftführungselement 12 abgezweigt und in die Nähe einer zu kühlenden Komponente 13 befördert. Die Abzweigung 28 des ersten Luftführungselementes 12 von der Luftzuführeinrichtung 5 befindet sich dabei in Strömungsrichtung 10 gesehen vor dem Zuheizer 5 und nach dem Klimakompressor 3.
  • Die kühle Luft 11 trifft auf ein erstes Ende 14 einer Seite 15 der Komponente 13 auf. Sie strömt entlang der Seite 15 bzw. entlang der zu dieser Seite 15 gehörenden Oberfläche der Komponente 13 und nimmt die über die Seite 15 abgegebene Wärme auf, wodurch sich die kühle Luft 11 in die erwärmte Luft 19 wandelt. Ein zweites Luftführungselement 16 beginnt nahe eines zweiten Endes 17 der Seite 15 der Komponente 13. Von dort greift es die erwärmte Luft 19 ab und führt sie dem Luftstrom 14 in der Luftzuführeinrichtung 5 zu, woraus die in den Passagierraum 6 strömende Luft 9 entsteht. Der Luftstrom 14 bewegt sich dabei mit höherer Geschwindigkeit als die Luft 19, da er gezielt, im allgemeinen durch ein hier nicht dargestelltes Gebläse, in Richtung Passagierraum 6 bewegt wird. Aufgrund dieser höheren Geschwindigkeit entsteht am in die Luftzuführeinrichtung 5 einmündenden Ende des zweiten Luftführungselementes 16 ein Unterdruck, der für ein Ansaugen der Luft 19 bzw. der noch kühlen Luft 11 sorgt. Auf diese Weise wird eine Strömung entlang der Seite 15 der Komponente 13 erzwungen, ohne dass ein zusätzliches Gebläse verwendet wird. Weiterhin ist der Querschnitt 29 der Luftzuführeinrichtung 5 im Bereich vor dem zweiten Luftführungselement 16 genauso groß wie der Querschnitt 30 der Luftzuführeinrichtung 5 im Bereich nach dem zweiten Luftführungselement 16. Dies bewirkt, dass die Geschwindigkeit der Luftströmung 9 gegenüber der Geschwindigkeit der Luftströmung 14 ansteigt, was die Saugwirkung im zweiten Luftführungselement 16 verstärkt.

Claims (8)

  1. Anordnung zur Kühlung einer Komponente (13) in einem Fahrzeug mit einer Einrichtung (3) zur Bereitstellung kühler Luft (4), mit mindestens einer Luftzuführeinrichtung (5) zur Zufuhr der kühlen Luft (4) in einen Passagierraum (6) des Fahrzeugs, und mit einem von der Luftzuführeinrichtung (5) vor Erreichen des Passagierraums (6) abzweigenden ersten Luftführungselement (12), welches einen Teil (11) der kühlen Luft (4) von der Luftzuführeinrichtung (5) wegführt und an die zu kühlende Komponente (13) heranführt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftabsaugeinrichtung Luft (19) von der Komponente (13) wegführt.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftabsaugeinrichtung und das erste Luftführungselement (12) auf derselben Seite (15) der Komponente (13) und beabstandet zueinander angeordnet sind.
  3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftabsaugeinrichtung durch ein zweites Luftführungselement (16) gebildet wird, welches mit der Luftzuführeinrichtung (5) zwischen dem Passagierraum (6) und dem ersten Luftführungselement (12) verbunden ist.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Luftzuführeinrichtung (5) im Bereich vor (29) und nach (30) der Verbindung zum zweiten Luftführungselement (16) annähernd konstant ist.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Luftführungselement (12) vor einer zum Erwärmen der kühlen Luft dienenden Heizvorrichtung (18) von der Luftzuführeinrichtung (5) abzweigt.
  6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Luftführungselement (12) hinter einem aktiven Kühlelement (3) von der Luftzuführeinrichtung abzweigt.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungseinrichtung (20) vorhanden ist, die die Temperatur der Komponente (13) verarbeitet und bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes das aktive Kühlelement (3) einschaltet.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Kühlelement (3) Bestandteil einer Klimaanlage (1) ist und dass die Überwachungseinrichtung (20) bei Überschreiten des Schwellwertes die Klimaanlage (1) aktiviert.
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