DE69707663T2 - Vorrichtung zur halterung und kühlung von elktronischen einrichtungen in einem fahrzeug - Google Patents
Vorrichtung zur halterung und kühlung von elktronischen einrichtungen in einem fahrzeugInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zur Sicherung elektronischer Vorrichtungen in einem Fahrzeug, und spezieller einen Apparat zu Kühlung elektronischer Vorrichtungen und/oder Module, die in Nachbarschaft eines Lüftungskanals angebracht sind.
- Typischerweise sind unterhalb des Armaturenbretts eines Fahrzeugs montierte, elektronische Vorrichtungen und/oder Module auf einem dünnen Substrat gesichert, das innerhalb einem Metallkasten eingeschlossen ist, wobei Kabelbündel in den Metallkasten hinein und aus ihm heraus führen. Der Metallkasten muß auf einer Trägerstruktur unterhalb des Armaturenbretts montiert sein und in einer geeigneten Position gestützt werden, bevorzugt hinter dem Mittelschacht-Deckring des Armaturenbretts, um eine elektronische Unterstützung für die Temperaturregel- und Akustiksysteme des Fahrzeugs bereitzustellen, ebenso wie für andere elektronische Armaturenbrett-Bauteile.
- Dieser Aufbau kann ein wesentliches Maß an Platz unterhalb des Armaturenbretts verbrauchen. Der sperrige Metallkasten mit sich daraus erstreckenden Kabelbündeln wird einen wesentlichen Platzbedarf haben, und er wird die Effizienz der Unterbringung im Fahrzeug nachteilig beeinflussen. Überdies trägt der Metallkasten zu den Herstellungskosten bei.
- Es ist wünschenswert einen Apparat zur Unterbringung und Kühlung derartiger elektronischer Vorrichtungen unterhalb des Armaturenbrett-Aufbaus bereitzustellen, und zwar in einer Art und Weise welche die Effizienz der Unterbringung verbessert. U.S. -Patent 5,481,885 beschreibt ein Lüftungssystem zur Umwälzung kühlender Luft durch das Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs, wodurch elektronische Bauteile - mittels eines flexiblen Kanals (66) - innerhalb des Armaturenbretts durch Umleiten kühlender Luft auf die Oberseite der elektronischen Bauteile gekühlt werden. Es besteht jedoch kein Vorschlag daß die Wand des Kanals (66) elektronische Vorrichtungen tragen kann, welche mittels durch den Kanal gedrückter Luft gekühlt werden, wie es ein Merkmal der hier beschriebenen Erfindung ist.
- Die vorliegende Erfindung überwindet die oben erwähnten Mängel von Aufbauten nach dem bisherigen Stand der Technik, indem ein Umgehungskanal in selektiver Verbindung mit einem Haupt-Lüftungskanal in einem Fahrzeug bereitgestellt wird, wobei der Umgehungskanal angepaßt ist um - mittels durch den Umgehungskanal gedrückter Luft zu kühlende - elektronische Vorrichtungen zu tragen. In dieser Art und Weise kann das bestehende Lüftungssystem sowohl zur Montage als auch zur Kühlung elektronischer Bauteile verwendet werden.
- Indem man die Elektronik an einem Umgehungskanal statt an einem Hauptkanal bereitstellt, werden Probleme wie etwa übermäßiger Lärm, Strömungsstörungen und Druckverlust vermieden. Montage der Elektronik in einem Hauptkanal mit einer hohen Durchflußrate würde derartige Probleme verursachen.
- Im Einklang mit der Erfindung stellen wir einen Apparat zur Kühlung elektronischer Vorrichtungen in einem Fahrzeug bereit, welcher umfaßt einen Haupt-Lüftungskanal, der im Fahrzeug montiert ist und der ein Gebläse zum Durchpressen von Luft durch den Hauptkanal einschließt und einen Umgehungskanal in selektiver Fluidverbindung mit diesem Haupt-Ventilationskanal; dadurch gekennzeichnet daß dieser Umgehungskanal angepaßt ist um elektronischen Vorrichtungen an seiner Wand zu tragen, die mittels durch den Umgehungskanal gepreßter Luft zu kühlen sind. Der Umgehungskanal schließt Einlaß- und Auslaßabschnitte in selektiver Fluidverbindung mit dem Haupt-Lüftungskanal ein, und eine optionale, dem Auslaß benachbarte Umgebungsöffnung. Ein optionales Einlaßventil ist an den Einlaßabschnitt angrenzend angeordnet, um einen Strom vom Haupt-Lüftungskanal selektiv durch den Umgehungskanal hindurch umzuleiten. Ein optionales Auslaßventil ist an die Auslaßöffnung angrenzend angeordnet, um den Luftstrom durch den Auslaßabschnitt und die Umgebungsöffnung abwechselnd selektiv zu blockieren.
- Die Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
- Abb. 1 ein schematisches Diagramm des Apparats zur Montage und Kühlung elektronischer Vorrichtungen in einem Fahrzeug im Einklang mit der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die elektronischen Vorrichtungen außerhalb des Umgehungskanals angeordnet sind;
- Abb. 2 eine alternative Ausführungsform eines Apparates zur Kühlung elektronischer Vorrichtungen in einem Fahrzeug im Einklang mit der vorliegenden Erfindung zeigt wobei die elektronischen Vorrichtungen innerhalb des Umgehungskanals angeordnet sind; und
- Abb. 3 eine perspektivische Schnittansicht eines alternativen, im Co-Spützguß hergestellten Trägerbauteils im Einklang mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
- Die vorliegende Erfindung, wie sie in Abb. 1 gezeigt ist, legt einen Apparat 10 zur Kühlung elektronischer Vorrichtungen 12 in einem Fahrzeug offen. Die Erfindung stellt Vorrichtungen zur Integration elektronischer Bauteile in das Klimaregelungs- Kanalsystem eines Automobils bereit. Wie in Abb. 1 schematisch gezeigt, schließt der Apparat 10 einen Haupt Lüftungskanal 14 mit einem darin angeordneten Hauptgebläse 16 ein, um Luft durch den Haupt-Lüftungskänal 14 hindurch zum Verdampferkern 18 und durch ein Klima-Regelsystem hindurch zu pressen. Zum Tragen der elektronischer Vorrichtungen 12 ist dem Hauptkanal 14 benachbart ein Umgehungskanal 22 angeordnet. Der Umgehungskanal schließt einen Einlaßabschnitt 24 in Verbindung mit dem Haupt-Lüftungskanal 14 ein, und einen Auslaßabschnitt 26 in Verbindung mit dem Haupt-Lüftungskanal 14. Der Umgehungskanal steht in selektiver Fluidverbindung mit dem Haupt-Lüftungskanal 14, um die elektronischen Vorrichtungen 12 selektiv zu kühlen.
- An den Einlaßabschnitt 24 angrenzend ist ein Einlaßventil 28 angeordnet, um einen Luftstrom selektiv von dem Haupt Lüftungskanal 14 durch den Umgehungskanal 22 hindurch umzuleiten. Das Einlaßventil 28 ist beweglich zwischen einer in Abb. 1 gezeigten Stellung A, in welcher der Haupt-Lüftungskanal 14 vollständig blockiert ist und der gesamte Luftstrom durch den Umgehungskanal 22 gelenkt wird; und der in Abb. 1 gestrichelt dargestellten Stellung B, in welcher nur ein Teil der Luft von. Hauptgebläse 16 durch den Umgehungskanal 22 hindurch geleitet wird.
- Ein Auslaßventil 30 ist dem Auslaßabschnitt 26 des Umgehungsventils 22 benachbart angeordnet. Das Auslaßventil ist beweglich zwischen der in Abb. 1 gezeigten Stellung C, in welcher der zur Umgebung 34 führende Kanal 32 vollständig blockiert ist und der gesamte Strom durch den Auslaßabschnitt 26 des Umgehungsventils 22 hindurch gelenkt wird; und der in Abb. 1 gestrichelt dargestellten Stellung D, in welcher der Auslaßabschnitt 26 des Umgehungsventils 22 vollständig blockiert ist und der gesamte Luftstrom durch den Umgehungskanal 22 - durch Kanal 32 hindurch - zur Umgebung 34 geleitet wird.
- Für die Auswahlstellungen Bodenluft, Mischen oder Fenster Enteisung des Fahrzeug- Lüftungssystems wird sich Auslaßventil 30 in Stellung C befinden. Für die. Auswahlstellungen für Armaturenbrett-Lüftung, Klimaanlage oder Hauptgebläse "Aus" wird sich Auslaßventil 30 in Stellung D befinden. Einlaßventil 28 wird sich in Stellung A befinden, wenn das Hauptgebläse ausgeschaltet ist. Einlaßventil 28 wird sich zu jeder Zeit in Stellung B befinden, außer wenn die Armaturenbrett-Belüftung ausgeschaltet ist. In der in Abb. 1 veranschaulichten Ausführungsform sind die elektronischen Vorrichtungen als von außen an Umgehungskanal 22 montiert gezeigt. Um die Wärmeverteilung von den elektronischen Vorrichtungen 12 im Umgehungskanal zu verbessern sind die elektronischen Vorrichtungen 12 auf einer Metallplatte 36 montiert, was den Wärmehaushalt verbessert. Die Metallplatte 36 könnte entweder in einer Kanalöffnung befestigt sein oder dem Kanal integral angeformt sein. Es können auch herkömmliche Techniken zur Verbesserung des Wärmeübergangs angewandt werden, wie etwa die Verwendung von Lamellen.
- Die von den elektronischen Vorrichtungen erzeugte Wärme kann verwendet werden um, wenn erforderlich, die Heizung des Fahrgastraums zu verstärken oder die Fenster- Enteisung zu verstärken. Auf Wunsch kann die Wärme in die Umgebung 34 verteilt werden, wenn der Fahrgastraum nicht beheizt wird.
- Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Abb. 2 gezeigt. Diese Ausführungsform ist mit der in Abb. 1 gezeigten identisch, außer daß die elektronischen Vorrichtungen 12 für einen verbesserten Wärmeübergang innerhalb des Umgehungskanals 22 angeordnet sind. Für eine verbesserte Effizienz der Unterbringung spart diese Konfiguration außerdem Platz innerhalb des Fahrzeugs. In dieser Ausführungsform sind die elektronischen Vorrichtungen innerhalb versiegelter Behälter 40, 42, 44 aufbewahrt Die kühlende Luft kann, um empfindliche elektronische Bauteile zu schützen, eine geeignete Filterung und Entfeuchtung erfordern, wenn die Behälter 40, 42, 44 nicht versiegelt sind.
- In anderen Ausführungsformen können die elektronischen Vorrichtungen am Hauptkanal 14 montiert werden, oder aber an einem geeigneten Ort stromabwärts des Verdampferkems 18. Optional kann eine Sekundärgebläse eingefügt werden, um Luft in den Umgehungskanal 22 zu ziehen.
- Durch Integration der elektronischen Bauteile in einem örtlich festgelegten Bereich nahe des Armaturenbretts wird eine Minimierung der Kabelbaum- und Verbinderlängen erreicht, was beides wesentlich zum Gewicht, der Komplexität, und letzten Endes zu den Kosten zur Herstellung des Fahrzeugs beiträgt.
- Die elektronischen Vorrichtungen werden mit einer Mehrzahl von Schaltspuren verbunden sein, welche gegen das tragende, spritzgeformte Bauteil angelegt werden. Für die Merstellung elektronischer Schaltungen auf dreidimensionalen Teilen sind mehrere Methoden bekannt. Ein Verfahren zur Leiterbild-Galvanisierung kann zum Beispiel aus der stromlosen Kupferabscheidung bestehen, gefolgt vom Aufbringen eines Galvanisier-Photolacks, photografischem Belichten des Gaivanisier Photolacks, Entwickeln des Abdeck-Photolacks mit Lösemittel, und der galvanischen Beschichtung mit Kupfer; und ein Verfahren zur Flächengalvanisierung besteht aus der stromlosen Kupferabscheidung, gefolgt von der elektrolytischen Kupferabscheidung über das gesamte Teil. Im Verfahren der Flächengalvataisierung werden die elektrischen Schaltungsspuren entweder durch Laser-Ablation oder selektives Ätzen unter Verwendung photographisch belichteter Ätz-Photolacke gebildet. Weitere Beispiele schließen die Metallfolien-Prägung ein, bei der unter Verwendung einer komplexen, maschinell bearbeiteten Prägeform Kupferfolie auf ein dreidimensionales Teil aufgestanzt wird; das Einschmelzen flexibler Filmschaltungen während des Spritzguß- Verfahrens; und die Technologie des "versenkten Drahtes", bei welcher eine isolierte, elektrische Verdrahturig mittels Ultraschall in eine Kunststoffoberfläche eingebettet wird.
- Um verschiedene elektrische/elektronische Anforderungen zu erfüllen sind alle diese Verfahren auf Materialeigenschaften des Substrates angewiesen, auf welches sie angewandt werden. Zum Beispiel müssen Substratmaterialien in Elektronikqualität in der Lage sein harten Fertigungsumfeldem zu widerstehen, einschließlich dem Aussetzen gegen strenge Lösemittel und Hochtemperatur-Lötverfahren. Es gibt manche polymere Substratmaterialien mit angemessenen thermischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften, um solchen Arbeitsvorgängen zu widerstehen. Beispiele derartiger Materialien schließen Polyetherimide (PEl), Polyethersulfone (PES) und Flüssigkristall-Polymere (LCP) ein. Diese Materialien sind jedoch oft unerschwinglich teuer, schwierig zu verarbeiten, oder haben eine begrenztes Konstruktionspotential.
- Manche üblichen Konstruktionskunststoffe können den in elektrischen/elektronischen Anwendungen begegneten Verarbeitungs- oder Betriebsumfeldem nicht widerstehen. Zum Beispiel können diese Materialien der Aussetzung gegen typische Chemikalien zur Schaltkreisbearbeitung - einschließlich Ätzmittel, Lösemittel, und Galvanisierungschemikalien - nicht widerstehen. Diese Harzsysteme bieten bei einem Bruchteil des Preises typischer Materialien mit elektronischer/elektrischer Qualität jedoch überlegene mechanische und konstruktive Eigenschaften.
- Die vorliegende Erfindung verwendet in der Kunstoffverarbeitung bekannte. Verfahren, um eine Multi-Polymer Struktur anzufertigen, welche die gewünschten mechanischen Eigenschaften sowie Elektronikqualität besitzt Harzsysteme mit Elektronikqualität sind jene Materialien, die in der Lage sind den Anforderungen beim Herstellungsverfahren für gedruckte Schaltkarten zu genügen. Die Harzmaterialien in Elektronikqualität enthaltenden Flächen der Multi-Polymer-Struktur werden unter Verwendung bekannter Verfahren - wie etwa Galvanisierunng oder Prägung - mit einer Schaltung versehen und dann mit elektronischen Bauteilen bestückt. Diese Flächen werden entsprechend dem herkömmlichen Herstellungsprozeß für die Schaltkarten-Montage verarbeitet werden. Die geschaffene Struktur wird weiterhin thermoplastische Niedrigpreis- Konstruktionsharze als die hauptsächlichen Strukturbauteile enthalten. Innerhalb der gleichen Struktur werden daher selektive Flächen aus Harzsystemen in elektronischer/elektrischer Qualität gebildet werden, um die für eine elektronische/elektrische Herstellung und Montage notwendigen Eigenschaften zu vermitteln; während andere Flächen aus Niedrigpreis-Konstruktionsharzen gebildet werden können, um bei niedrigem Preis mechanische und konstruktive Eigenschaften zu vermitteln. Fortschrittliche Technologien der Kunststoffverarbeitung, wie etwa Co- Spritzguß und Co-Extrusion machen diese Konstruktionen möglich. Das fertiggestellte Teil wird mechanische und konstruktive Eigenschaften der Niedrigpreis- Konstruktionsharze mit einer Fähigkeit für integrierte Schaltungen in einem Niediigpreis-System aufweisen. Diese Integration elektronischer Schaltungen in Strukturbauteile vermindert die Gesamt-Materialkosten von getrennten, elektrischen/elektronischen und mechanischen Substraten, verringert insgesamt Materialkosten und Gewicht, und vermindert die Teilezahl, während die Zuverlässigkeit erhöht wird.
- Die in diesen Strukturen implementierten Harzmaterialien müssen zwei grundlegenden Anforderungen nachkommen. Erstens müssen die Materialien angemessene physikalische, thermische, Umwelt- und elektrische Eigenschaften aufweisen, um die Anforderungen der beabsichtigten Anwendung zu erfüllen. Zweitens müssen die gewählten Materialien miteinander kompatibel sein, so daß - zur Vermeidung eines mechanischen Versagens - eine Grenzflächen-Verbindung während der Verarbeitung und des Betriebs aufrechterhalten wird. Beispiele von Harzsystemen, die in diesen Anwendungen potentiell eine Verträglichkeit zeigen können, schließen ein: 1) ABS (strukturell) mit PPO/PS (elektrisch); 2) Polyethylen (strukturell) mit verstärktem Polypropylen (elektrisch), usw.
- Für diese Technologie bestehen zahlreiche, geometrische Variationen, zum Beispiel: 1) die Harzmaterialien in Elektronikqualität können nur eine Oberflächenbeschichtung des fertiggestellten Teils bilden, und die Masse kann aus thermoplastischen Niedrigpreis-Harzen zusammengesetzt sein; 2) die Harzmaterialien in Elektronikqualität können auf einer oder mehreren Seiten eines dreidimensionalen Bauteils entlanglaufen, um einen dreidimensionalen, elektrischen Stromfluß zuzulassen; 3) die Harzmaterialien in Elektronikqualität können durch den Querschnitt eines Teils hindurchlaufen, um die Einbindung elektrischer Durchloch-Technologien zu erlauben; und 4) um Kosten zu minimieren sollten die Materialien in Elektronikqualität nur in den Elektronik erfordemden Gebieten verwendet werden; Materialien in Elektronikqualität können jedoch außerhalb des Elektronikbereichs verwendet werden, um andere Harzeigenschaften - wie etwa Dimensionsstabilität, Modul, usw. = zu erzielen.
- Abb. 3 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer Ausführungsform eines derartigen, co-spritzgeformten Trägerbauteils. In dieser Ausführungsform wäre das mit "A" gekennzeichnete Material ein Polymer in Elektroqualität, und das mit "B" gekennzeichnete Material wäre ein Polymer mit anderer als Elektroqualität; derart daß das Polymer "8" ein trägerartiges Niedrigpreis-Material wäre, und daß das Polymer "A" ein für die Aufnahme von Schaltspuren und elektronischen Vorrichtungen darauf angepaßtes Polymer wäre.
Claims (6)
1. Ein Apparat zur Kühlung elektronischer Vorrichtungen in einem Fahrzeug, der
umfaßt:
einen Haupt-Lüftungskanal (14), der in einem Fahrzeug montiert ist und einen Lüfter
(16) zum Durchpressen von Luft durch den Hauptkanal einschließt; und
einen Umgehungskanal (22) in selektiver Fluidverbindung mit diesem Haupt-
Lüftungskanal;
dadurch gekennzeichnet daß dieser Umgehungskanal (22) angepaßt ist um diese
elektronischen Vorrichtungen (12) an einer Wand davon zu tragen, um von Luft gekühlt
zu werden die durch den Umgehungskanal (22) gepreßt wird.
2. Ein Apparat nach Anspruch 1, in dem dieser Umgehungskanal (22) einen
Einlaßabschnitt (24) in Verbindung mit diesem Haupt-Lüftungskanal (14) einschließt;
und einen Auslaßabschnitt (26) in selektiver Fluidverbindung mit diesem Haupt-
Lüftungskanal (14); und worin dieser Umgehungskanal (22) eine Umgebungsöffnung
(32) in Nachbarschaft dieses Auslasses (26) bildet, und wobei dieser Apparat weiterhin
umfaßt
ein diese n Einlaßabschnitt (24) benachbart angeordnetes Einiaßventil (28), um einen
Luftstrom selektiv von diesem Lüftungskanal (14) durch diesen Umgehungskanal (22)
umzuleiten; und
ein diesem Auslaßabschnitt (26) benachbart angeordnetes Auslaßventil (30), um den
Durchfluß durch diesen Auslaßabschnitt (26) und diese Umgebungsöffnung (32)
abwechselnd selektiv zu blockieren.
3. Ein Apparat nach Anspruch 1 oder 2, in dem diese elektronischen Vorrichtungen
(12) innerhalb dieses Umgehungskanals (22) positioniert sind.
4. Ein Apparat nach Anspruch 3, in dem diese elektronischen Vorrichtungen (12) in
mindestens einem versiegelten Behälter (40, 42, 44) eingehaust sind.
5. Ein Apparat nach Anspruch 1 oder 2, in dem diese elektronischen Vorrichtungen
(12) außerhalb dieses Umgehungskanals (22) angeordnet sind.
6. Ein Apparat nach Anspruch 5, in dem dieser Umgehungskanal (22) eine Metallplatte
zur Montage der elektronischen Vorrichtungen (12) darauf einschließt, wobei diese
Metallplatte (36) eine Wärmeverteilung von diesen elektronischen Vorrichtungen (12)
bewirkt.
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