WO2020157006A1 - Kühlvorrichtung für einen objekterkennungssensor - Google Patents

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WO2020157006A1
WO2020157006A1 PCT/EP2020/051927 EP2020051927W WO2020157006A1 WO 2020157006 A1 WO2020157006 A1 WO 2020157006A1 EP 2020051927 W EP2020051927 W EP 2020051927W WO 2020157006 A1 WO2020157006 A1 WO 2020157006A1
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heat
object detection
detection sensor
cooling device
conducting element
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PCT/EP2020/051927
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Stefan Hakspiel
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ZF Friedrichshafen AG
Ibeo Automotive Systems GmbH
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ZF Friedrichshafen AG
Ibeo Automotive Systems GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements

Definitions

  • the invention relates to a cooling device for an object detection sensor.
  • Object detection sensors such as RADAR and LIDAR systems or cameras are increasingly being used on motor vehicles to examine the surroundings of the vehicle for objects. A relative position and a relative speed in relation to the object detection sensor and thus to the motor vehicle are usually determined. Such object detection sensors generate a significant proportion of the thermal energy that must be dissipated during operation.
  • An object detection sensor can be formed, for example, by a RADAR system, a LIDAR system or a camera system.
  • RADAR and LIDAR systems include a transmission element which emits electromagnetic radiation and a detection element which detects the radiation previously emitted and reflected on an object. By evaluating the measurement data determined by the detection element, a relative position of objects and usually also a relative speed in relation to the object identification sensor are determined.
  • Camera systems mostly comprise only one detection element, which determines the radiation arriving from the environment in order to display a camera image. If necessary, a camera system can also include a transmission element, such as an infrared lamp.
  • a transmission element such as an infrared lamp.
  • object detection sensors are used on motor vehicles. used to provide driver assistance functions, semi-autonomous driving functions or fully autonomous driving functions. However, the scope is not limited to motor vehicles, but extends to all types of vehicles.
  • the cooling system can also be used in a stationary position.
  • the cooling device is designed in particular for such an object recognition sensor.
  • the object detection sensor is a LIDAR system, which is designed in accordance with the specification of patent specification WO 2017/081 294 A1.
  • the cooling device comprises an object detection sensor with a sensor housing.
  • the sensor housing encloses the sensor components of the object detection sensor at least partially, but preferably completely.
  • the sensor components are, in particular, the electronic components that generate the thermal energy to be dissipated during operation.
  • the cooling device comprises a heat absorption element and a flexible heat-conducting element for transferring heat energy from the object identification sensor to the heat absorption element.
  • the thermal energy generated by the object detection sensor is then transferred to the flexible heat-conducting element and passed on to the heat-absorbing element via heat conduction. From there, the thermal energy is released into the environment.
  • the heat-conducting element is on the one hand with system contact on the object detection sensor and on the other hand with system contact on the heat absorption element.
  • the system contact transfers the heat directly from one element to the other element.
  • the thermal contact element contacts the object detection sensor, for example, on a closed sensor housing of the object detection sensor.
  • the heat absorption element closes off an open sensor housing of the object detection sensor from the outside.
  • the heat-conducting element itself forms part of the sensor housing.
  • the heat absorption element in the latter variant can come into direct contact with at least some of the heat-generating components of the object detection sensor. This provides a better dissipation of the thermal energy generated.
  • the object detection sensor is designed to carry out a relative movement, in particular a pivoting movement, with respect to the heat absorption element.
  • a pivoting movement enables the object detection sensor to change an orientation and, for example, to compensate for body movements in a motor vehicle.
  • a specific field of view of the object detection sensor can thereby be aligned with a horizon at any time.
  • a sensor chip that has a certain viewing area can also be used to enlarge the viewing area via the swiveling movement.
  • the flexible heat-conducting element is flexible insofar as it provides a change in shape when the object detection sensor is pivoted, which enables a relative movement that is as resistance-free and low-friction as possible.
  • Such a cooling device provides an effective transfer of the thermal energy generated to an environment by the heat-conducting element and to which a relative movement of the object detection sensor is made possible.
  • the sensor housing is advantageously made of a metal, in particular of aluminum.
  • the heat-conducting element is preferably designed to be homogeneous or also in several parts in order to provide sufficient flexibility.
  • the heat-conducting element is advantageously in system contact with a sensor housing of the object detection sensor, or the heat-conducting element closes the sensor housing of the object detection sensor.
  • the sensor housing closes the components of the object detection sensor completely, in particular gas and liquid-tight.
  • the sensor housing accordingly surrounds the components of the object detection sensor.
  • the heat-conducting element is arranged or attached to the sensor housing, in particular a contact surface. Between the sensor housing and the Schuelei telement, the system contact is advantageously formed over a large area.
  • the Sen care housing expediently provides a contact surface, in particular a flat contact surface, against which the heat-conducting element bears at least partially or completely.
  • the heat-conducting element is advantageously in contact with at least 60%, 70%, 80% or 90% of the contact area.
  • the heat-conducting element forms part of the sensor housing by closing the sensor housing.
  • the sensor housing provides an outer section which is covered by the heat-conducting element.
  • the heat-conducting element is advantageously firmly connected to the sensor housing in order to seal it in a gastight and liquid-tight manner.
  • the heat-conducting element is preferably in direct contact with one or more of the heat-generating components of the object detection sensor.
  • the heat generated can be optimally transferred to the heat-conducting element.
  • the heat-conducting element is favorably fastened to such a component.
  • the components that generate thermal energy are, in particular, electronic components such as a transmitting element or a receiving element.
  • the heat-conducting element be in system contact with a circuit board and / or a chip of the object detection sensor.
  • the heat absorption element be formed by a holding element for the object detection sensor.
  • the holding element can be designed as a separate component or can be formed by a module housing. The latter is done in particular by a one-piece design of the holding element on such a module housing.
  • the module housing is preferably designed such that it encloses the object detection sensor and the cooling device.
  • the module housing accommodates the object detection sensor and the cooling device as a common assembly, so that simple attachment, in particular to a motor vehicle, is made possible.
  • the thermal energy is transmitted through the cooling device to the module housing and passed on from there to the environment, or the heat transfer takes place via the heat absorption element to the module housing and then to the environment.
  • the module housing is advantageously sealed gas-tight and liquid-tight.
  • the heat-conducting element be attached to the sensor housing and / or the heat absorption element, in particular vulcanized, glued or jammed.
  • the heat conducting element is only attached on one side, that is to say on the heat supply side or heat removal side.
  • the heat-conducting element is accordingly attached to the sensor housing and / or to the heat absorption element.
  • the heat-conducting element is designed to be flexible so that it enables the pivoting movement of the sensor housing to be as free of resistance and friction as possible.
  • the mini male size of the contact surface between the heat-conducting element and the respective Ge counterpart is fixed.
  • a contact surface with respect to a connection of a heat-conducting element with a counterpart that has no fastening can change the size of the contact surface during a pivoting process.
  • the attachment takes place, for example, by vulcanization, gluing or clamping.
  • Jamming takes place in the sense that the heat-conducting element, in particular a tab of the heat-conducting element, is arranged between two components that are prestressed against one another, in particular via a screw connection or a clamp / clamp.
  • the heat-conducting element be formed by an elastic mass, in particular a homogeneous elastic mass.
  • the heat-conducting element can be formed, for example, from a rubber rubber, synthetic rubber.
  • the heat-conducting element is formed by a casing element which is filled with a fluid, in particular a liquid.
  • the heat conducting element is also known as a cushion.
  • the cover element can be formed, for example, from rubber, rubber, synthetic rubber, in particular EPDM, or a film.
  • the shell element can also be made from a composite system of several components or layers. This can be, for example, a plastic film on which an aluminum film is laminated. Oil, grease or water, in particular water with antifreeze, can be used as the fluid.
  • the envelope element can also be filled with a gel.
  • the cover element is flexible, in particular elastic, and can adapt to its shape in the event of a relative movement of the sensor housing.
  • the envelope element follows the pivoting movement essentially without resistance.
  • the sleeve element is also fluid-tight, in particular liquid-tight. The attachment of the sleeve element can be carried out in particular according to the previous embodiments on the object detection sensor.
  • the envelope element has one or more tabs.
  • the fluid preferably provides a low viscosity, such as water or low viscosity oil. The lower the viscosity, the more friction and resistance-free the pivoting movement of the object sensor.
  • thermo energy accordingly takes place from a heat-generating component, optionally via the sensor housing on the cover element, then on the fluid, then on the cover element and then on the heat absorption element.
  • the casing element is advantageously formed by a composite system.
  • the cover element be made of rubber, rubber, synthetic rubber or a film.
  • the fluid is formed by oil, fat, gel, water or water with antifreeze.
  • the cooling device is explained below using several figures as an example.
  • Figure 1 a, b is a schematic representation of an object detection sensor with egg ner cooling device in different pivoting states
  • Figure 2 shows an object detection sensor with a holding element
  • Figure 3 shows an object detection sensor with holding element and cooling device in the
  • Figure 4 shows an object detection sensor with holding element and cooling device in the
  • FIGS. 1 a and b show a mounting variant of a heat-conducting element
  • An object detection sensor 10 with a cooling device 12 is shown schematically in FIGS. 1 a and b.
  • the object detection sensor 10 comprises a sensor housing 14 which is designed to be pivotable relative to a module housing 16.
  • the object detection sensor 10 in particular the sensor housing 14, is pivoted downwards and in FIG. 1 b upwards.
  • the maximum alignment angles are shown by way of example, which the extreme positions of the
  • the object detection sensor 10 is designed in accordance with this and also the following embodiment variants, for example as a LIDAR system.
  • it is a LIDAR system according to the embodiments of the patent specification WO2017 / 081294A1.
  • the object detection sensor During the operation of the object detection sensor, its electrical components generate thermal energy. This thermal energy is transported away by the cooling device 14 and released into an environment. The heat energy is transmitted from the components of the object detection sensor 10 to a heat conducting element 18 and from there to a heat absorption element. This heat absorption element is formed in the highly simplified representation by the module housing 16. This also forms a holding device for the object detection sensor 10, which is not shown in the greatly simplified illustration in FIGS. 1 a and b.
  • the heat-conducting element 18 is on one side with the object detection sensor 10 and on the other side with the heat absorption element, here the module housing 16, in system contact.
  • the system contact takes place over a large area, so that the thermal energy can be transferred effectively via the provided large system contact.
  • the heat-conducting element 18 is flexible, in particular elastic or deformable, so that it allows a pivoting movement between the object detection sensor 10 and the heat absorption element with as little resistance and low friction as possible.
  • the heat-conducting element 18 is firmly connected to the object detection sensor 10 or the heat absorption element. This connection can also be made on both sides.
  • the attachment can be provided by gluing, vulcanization or clamping.
  • the cooling device 12 is explained below with reference to the more detailed FIGS. 2 and 3. If corresponding, the reference numerals of FIGS. 1 a and b are adopted for elements of the same function.
  • the object detection sensor 10 comprises a sensor housing 14, a main circuit board 20, a transmission element 22 in the form of a transmission chip, a reception element 24 in the form of a reception chip, a transmission optics 26 (not shown in FIG. 2) and a transmission optics 28 (also not shown in FIG. 2). .
  • the object detection sensor 10 is pivotally attached to a holding element 32 via bearing elements 30.
  • the holding element 32 is designed for fixed connection to a module housing, which is not shown.
  • the Hal teelement 32 can also be made in one piece on a module housing.
  • the module housing encloses the object detection sensor and the holding element in a gastight and liquid-tight manner.
  • the cooling device 12 ensures that the thermal energy generated by the object detection sensor 10 is dissipated to an environment.
  • the cooling device 12 comprises a heat-conducting element 18 and a heat absorption element 34.
  • the heat absorption element 34 is formed in this embodiment variant by the holding element 32.
  • the heat-conducting element 18 is formed between the object detection sensor and the holding element 32.
  • the sensor housing 14 which is formed in several parts, provides a contact surface 38 with a back-side housing plate 36, which serves to make contact with the heat-conducting element 18 on the sensor housing 14. Between the Schuelei telement 18 and the contact surface 38, a large-area system contact is provided so that the thermal energy generated can be effectively derived.
  • the Ge housing plate 36 is in direct contact with the transmitting element 22 and the receiving element 24.
  • the components of the sensor housing are made of aluminum. This results in an effective transfer of the thermal energy from the transmitting element 22 and the receiving element 24 via the rear housing plate 36 of the sensor housing 14 to the heat conducting element 18 provided.
  • the heat-conducting element 18 absorbs the thermal energy from the sensor housing 14 and emits it to the heat absorption element 34. From there, the thermal energy can be released into the environment.
  • the heat absorption element has a contact surface 40 which provides contact for the heat-conducting element 18 in a large-area contact.
  • the heat-conducting element 18 is flexible, in particular elastic and / or deformable, so that the sensor housing can perform a free pivoting movement.
  • the heat-conducting element 18 is designed such that it provides the lowest possible resistance. Are through the thermal element
  • the heat-conducting element 18 can be fastened to the object detection sensor 10 and be in non-fastened contact with the heat absorption element 34.
  • the heat-conducting element 18 can be fastened to the heat absorption element 34 and can be in non-fixed contact with the object detection sensor 10.
  • the heat-conducting element 18 can be fastened on the one hand to the object detection sensor 10 and on the other hand to the heat absorption element.
  • the attachment can be provided by gluing, vulcanization or a clamp connection. The attachment or contact with the object detection sensor 10 takes place, in particular, on its sensor housing 14.
  • the heat-conducting element 18 is formed by a sleeve element 42.
  • the envelope element 42 is closed and encloses a receiving space 44th
  • the receiving space 44 is filled with a heat-conducting fluid, in particular a liquid.
  • a heat-conducting fluid in particular a liquid.
  • water with antifreeze, oil or fat can be used as the liquid, since these have good thermal conductivity coefficients and high heat capacities and also provide a low viscosity in the area of use.
  • the viscosity of oil and grease can be specifically adjusted for the temperature range during operation.
  • the sleeve element 42 can be formed, for example, from rubber, caoutchouc, synthetic rubber or a film. These can be easily deformed and close the receiving space in a fluid-tight manner.
  • the envelope element adapts its shape to the external conditions, that is to say to the pivoting position, the liquid being freely movable within the receiving space.
  • the sauceleitele element follows the pivoting movements of the sensor housing 14 in a low-friction manner with little resistance.
  • the liquid circulates during a swiveling operation within the receiving space so that the heat is distributed more evenly, thereby providing more effective heat transfer.
  • the sensor housing 14 has no rear housing plate 36. Instead, the heat-conducting element seals the sensor housing 14 tightly at the rear.
  • the heat-conducting element 44 is attached to the sensor housing 14, the contact surface 50 of the sensor housing being the counterpart to the contact surface 38 according to the variants according to FIGS. 2 and 3.
  • This allows direct contact of the heat-conducting element 12 with the heat-generating components of the object detection sensor 10.
  • the heat-conducting element 18 in such an embodiment variant is in direct contact with the transmitting element 22, the receiving element 24 and / or the main circuit board 20, which ensures optimal transmission of the thermal energy to the heat-conducting element.
  • the heat-conducting element is also advantageously firmly connected to the heat-generating components of the object detection sensor 10.
  • FIG. 4 Another fastening variant for a heat-conducting element 18 is shown by way of example and schematically in FIG. 4.
  • the sleeve element 42 of the heat-conducting element 18 has one or more tabs 46. These tabs protrude from the enveloping element 42, which surrounds the receiving space 44.
  • the tab 46 engages between two clamping elements 48a and 48b.
  • the clamping elements 48a and 48b are, for example, biased against one another by means of a screw connection, so that the tab 46 is fastened between these two.
  • the clamping element 48a is formed by the sensor housing 14 and the clamping elements 48b is a separate component which is used for the clamping connection is provided.
  • a reinforcement is worked into the tab 42, for example a plate, in particular made of plastic or metal.

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Abstract

Kühlvorrichtung (12) für einen Objekterkennungssensor (10), umfassend einen Objekterkennungssensor (10), ein Wärmeabsorptionselement (34) und ein flexibles Wärmeleitelement (18) zur Übertragung von Wärmeenergie von dem Objekterkennungssensor (10) zu dem Wärmeabsorptionselement (34), wobei das Wärmeleitelement (18) einerseits mit Anlagekontakt an dem Objekterkennungssensor (10) und andererseits mit Anlagekontakt an dem Wärmeabsorptionselement (34) angeordnet ist, wobei der Objekterkennungssensor (10) zur Ausführung einer Relativbewegung, insbesondere einer Schwenkbewegung, gegenüber dem Wärmeabsorptionselement (34) ausgebildet ist.

Description

Kühlvorrichtunq für einen Obiekterkennunqssensor
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen Objekterkennungssensor.
Objekterkennungssensoren wie beispielsweise RADAR-und LIDAR-Systeme oder auch Kameras, werden vermehrt an Kraftfahrzeugen genutzt um die Umgebung des Fahrzeugs auf Objekte zu untersuchen. Dabei werden zumeist eine Relativposition und eine Relativgeschwindigkeit gegenüber dem Objekterkennungssensor und somit dem Kraftfahrzeug bestimmt. Derartige Objekterkennungssensoren erzeugen im Be trieb einen wesentlichen Anteil an Wärmenergie die abgeführt werden muss.
Es ist daher Aufgabe eine Kühlvorrichtung für einen Objekterkennungssensor bereit zustellen, die eine zuverlässige und effektive Kühlung des Objekterkennungssensors bereitstellt.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsvarianten der Kühl vorrichtung dar.
Ein Objekterkennungssensor kann beispielsweise durch ein RADAR-System, ein LIDAR-System oder ein Kamera-System ausgebildet sein.
RADAR-und LIDAR-Systeme umfassen ein Sendeelement, welches elektromagneti sche Strahlung aussendet, sowie ein Detektionselement, welches die zuvor ausge sendete und an einem Objekt reflektierte Strahlung detektiert. Durch Auswertung der durch das Detektionselement ermittelten Messdaten werden eine Relativposition von Objekten und zumeist auch eine Relativgeschwindigkeit in Bezug zu dem Objekter kennungssensor bestimmt.
Kamerasysteme umfassen zumeist nur ein Detektionselement, welches von der Um gebung eintreffende Strahlung ermittelt, um ein Kamerabild darzustellen. Gegebe nenfalls kann ein Kamerasystem auch ein Sendelement, wie beispielsweise eine Inf rarotlampe umfassen. Derartige Objekterkennungssensoren werden an Kraftfahrzeu- gen verwendet um Fahrassistenzfunktionen, Teilautonome Fahrfunktionen oder Voll autonome Fahrfunktionen bereitzustellen. Der Anwendungsbereich ist jedoch nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt sondern erstreckt sich auf alle Arten von Vehikeln. Auch die Nutzung des Kühlsystems an einer stationären Position ist grundsätzlich möglich.
Die Kühlvorrichtung ist insbesondere für einen derartigen Objekterkennungssensor ausgebildet. Insbesondere handelt es sich bei dem Objekterkennungssensor um ein LIDAR-System, welches gemäß der Ausführungen der Patentschrift WO 2017 / 081 294 A1 ausgebildet ist.
Die Kühlvorrichtung umfasst einen Objekterkennungssensor mit einem Sensorge häuse. Das Sensorgehäuse umschließt die Sensorkomponenten des Objekterken nungssensors zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig. Bei den Sen sorkomponenten handelt es sich insbesondere um die Elektronikbauteile, die wäh rend des Betriebs die abzuführende Wärmeenergie erzeugen.
Des Weiteren umfasst die Kühlvorrichtung ein Wärmeabsorptionselement und ein flexibles Wärmeleitelement zur Übertragung von Wärmeenergie von dem Objekter kennungssensor zu dem Wärmeabsorptionselement. Die von dem Objekterken nungssensor erzeugte Wärmeenergie wird sodann auf das flexible Wärmeleitelement übertragen und über Wärmeleitung an das Wärmeabsorptionselement weitergeleitet. Von dort aus wird die Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben.
Das Wärmeleitelement steht einerseits mit Anlagekontakt an dem Objekterken nungssensor und andererseits mit Anlagekontakt an dem Wärmeabsorptionselement. Durch den Anlagekontakt wird die Wärme direkt von einem Element auf das andere Element übertragen.
Der Anlagekontakt des Wärmeleitelements an dem Objekterkennungssensor erfolgt beispielsweise an einem abgeschlossenen Sensorgehäuse des Objekterkennungs sensors. In einer vorteilhafteren Variante schließt das Wärmeabsorptionselement ein offenes Sensorgehäuse des Objekterkennungssensors nach außen hin ab. Insbe- sondere bildet das Wärmeleitelement dadurch selbst ein Teilelement des Sensorge häuses aus. Insbesondere kann das Wärmeabsorptionselement bei der letztgenann ten Variante in direkten Anlagekontakt mit zumindest einem Teil der wärmeerzeu genden Komponenten des Objekterkennungssensors treten. Dadurch wird eine ver besserte Ableitung der erzeugten Wärmeenergie bereitgestellt.
Zudem ist der Objekterkennungssensor zur Ausführung einer Relativbewegung, ins besondere einer Sch wen kbeweg u n g , gegenüber dem Wärmeabsorptionselement ausgebildet. Eine solche Schwenkbewegung ermöglicht es dem Objekterkennungs sensor eine Ausrichtung zu verändern und beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug Bewegungen des Aufbaus auszugleichen. Insbesondere kann dadurch ein bestimm ter Sichtbereich des Objekterkennungssensors jederzeit auf einen Horizont ausge richtet werden. Mit Hilfe einer derartigen Schwenkbewegung kann zudem ein Sen sorchip, der einen bestimmten Sichtbereich aufweist, verwendet werden, um über die Schwenkbewegung den Sichtbereich zu vergrößern.
Das flexible Wärmeleitelement ist insofern flexibel als das es bei einer Schwenkbe wegung des Objekterkennungssensors eine Formänderung bereitstellt, die eine mög lichst widerstandsfreie und reibungsarme Relativbewegung ermöglicht.
Durch eine derartige Kühlvorrichtung wird durch das Wärmeleitelement eine effektive Übertragung der erzeugten Wärmeenergie an eine Umgebung bereitgestellt und zu dem eine Relativbewegung des Objekterkennungssensors ermöglicht.
Das Sensorgehäuse ist günstigerweise aus einem Metall, insbesondere aus Alumini um, ausgebildet. Das Wärmeleitelement ist vorzugsweise homogen oder auch mehr teilig ausgebildet, um eine ausreichende Flexibilität bereit zu stellen.
Im Weiteren werden vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung erläutert.
Mit Vorteil steht das Wärmeleitelement mit einem Sensorgehäuse des Objekterken nungssensors in Anlagekontakt oder das Wärmeleitelement schließt das Sensorge häuse des Objekterkennungssensors ab. In ersteren Fall schließt das Sensorgehäuse die Komponenten des Objekterken nungssensors vollständig, insbesondere gas- und flüssigkeitsdicht, ab. Das Sensor gehäuse umgibt dementsprechend die Komponenten des Objekterkennungssensors. Das Wärmeleitelement ist an dem Sensorgehäuse, insbesondere einer Kontaktflä che, angeordnet oder befestigt. Zwischen dem Sensorgehäuse und dem Wärmelei telement ist der Anlagekontakt günstiger Weise großflächig ausgebildet. Das Sen sorgehäuse stellt günstigerweise eine Kontaktfläche, insbesondere eine ebene Kon taktfläche, bereit, an der das Wärmeleitelement zumindest teilweise oder vollständig anliegt. Mit Vorteil steht das Wärmeleitelement mit zumindest 60%, 70%, 80% oder 90% der Kontaktfläche in Anlagekontakt.
In der alternativen Variante bildet das Wärmeleitelement ein Teil des Sensorgehäu ses aus indem dieses das Sensorgehäuse abschließt. Hierfür stellt das Sensorge häuse einen Außenabschnitt bereit, der von dem Wärmeleitelement überdeckt wird. Das Wärmeleitelement ist dementsprechend vorteilhaft fest mit dem Sensorgehäuse verbunden, um dieses gas- und flüssigkeitsdicht abzuschließen. Zudem steht das Wärmeleitelement vorzugsweise in direktem Anlagekontakt mit einer oder mehreren der wärmeenergieerzeugenden Komponenten des Objekterkennungssensors.
Dadurch kann die erzeugte Wärme optimal auf das Wärmeleitelement übertragen werden. Das Wärmeleitelement ist günstigerweise an einer solchen Komponente be festigt. Die wärmeenergieerzeugenden Komponenten sind insbesondere elektroni sche Komponenten wie Sendeelement oder Empfangselement.
Es wird vorgeschlagen, dass das Wärmeleitelement in Anlagekontakt mit einer Plati ne und/oder einem Chip des Objekterkennungssensors steht.
Dies kann beispielsweise nach den weiter oben gemachten Erläuterungen erfolgen. Dadurch wird eine effiziente Ableitung der erzeugten Wärmeenergie bereitgestellt.
Es wird vorgeschlagen, dass das Wärmeabsorptionselement durch ein Haltelement für den Objekterkennungssensor ausgebildet ist. Das Halteelement kann als gesondertes Bauteil ausgeführt sein oder durch ein Mo dulgehäuse ausgebildet sein. Letzteres erfolgt insbesondere durch eine einteilige Ausbildung des Halteelements an einem solchen Modulgehäuse.
Das Modulgehäuse ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es den Objekterken nungssensors und die Kühlvorrichtung umschließt. Das Modulgehäuse nimmt den Objekterkennungssensor und die Kühlvorrichtung als eine gemeinsame Baugruppe auf, sodass eine einfache Befestigung, insbesondere an einem Kraftfahrzeug ermög licht wird.
Insbesondere wird die Wärmeenergie durch die Kühlvorrichtung an das Modulgehäu se übertragen und von diesem an die Umgebung weitergegeben oder die Wärme übertragung erfolgt über das Wärmeabsorptionselement an das Modulgehäuse und sodann an die Umgebung. Mit Vorteil ist das Modulgehäuse gasdicht und flüssig keitsdicht abgeschlossen.
Es wird vorgeschlagen, dass das Wärmeleitelement an dem Sensorgehäuse und/oder dem Wärmeabsorptionselement befestigt ist, insbesondere anvulkanisiert, verklebt oder verklemmt.
Es ist ausreichend, wenn das Wärmeleitelement lediglich auf einer Seite, also auf Wärmezufuhrseite oder Wärmeabfuhrseite, befestigt ist. Das Wärmeleitelement ist dementsprechend an dem Sensorgehäuse und / oder an dem Wärmeabsorptions element befestigt. Insbesondere ist das Wärmeleitelement flexibel ausgebildet, dass dieses die Schwenkbewegung des Sensorgehäuses möglichst widerstandsfrei und reibungsfrei ermöglicht.
Durch Befestigung des Wärmeleitelements an einem der Gegenstücke ist die mini male Größe der Kontaktfläche zwischen Wärmeleitelement und dem jeweiligen Ge genstück festgelegt. Andererseits kann sich eine Kontaktfläche bezüglich einer Ver bindung Wärmeleitelement mit Gegenstück die keine Befestigung aufweist die Größe der Kontaktfläche während eines Schwenkvorgangs verändern. Die Befestigung erfolgt beispielsweise durch Vulkanisation, Verkleben oder Ver klemmen. Verklemmen erfolgt in dem Sinne, dass das Wärmeleitelement, insbeson dere eine Lasche des Wärmeleitelements, zwischen zwei Bauteilen angeordnet ist, die gegeneinander vorgespannt sind, insbesondere über eine Schraubverbindung oder eine Klammer/Klemme.
Es wird vorgeschlagen, dass das Wärmeleitelement durch eine elastische Masse, insbesondere eine homogene elastische Masse, ausgebildet ist.
Das Wärmeleitelement kann beispielsweise ein Gummikautschuk, synthetisches Kautschuk ausgebildet sein.
Mit besonderem Vorteil ist das Wärmeleitelement durch ein Hüllenelement ausgebil det, welches mit einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, gefüllt ist.
Das Wärmeleitelement wird auch als Kissen bezeichnet. Das Hüllenelement kann beispielsweise aus Gummi, Kautschuk, synthetischem Kautschuk, insbesondere EPDM, oder einer Folie ausgebildet sein. Zudem kann das Hüllenelement auch aus einem Verbundsystem aus mehreren Komponenten oder Schichten ausgeführt sein. Dies kann beispielsweise eine Kunststofffolie sein auf der eine Aluminiumfolie auf laminiert ist. Als Fluid kann unter anderem Öl, Fett oder Wasser, insbesondere Wasser mit Frostschutzmittel, verwendet werden. Zudem kann das Hüllenelement auch mit einem Gel befüllt sein.
Das Hüllenelement ist hierbei flexibel, insbesondere elastisch, und kann sich bei ei ner Relativbewegung des Sensorgehäuses in dessen Form anpassen. Insbesondere folgt das Hüllenelement der Schwenkbewegung im Wesentlichen widerstandsfrei. Das Hüllenelement ist zudem fluiddicht, insbesondere flüssigkeitsdicht, ausgebildet. Die Befestigung des Hüllenelements kann insbesondere gemäß den vorigen Ausfüh rungen an dem Objekterkennungssensor erfolgen. Gegebenenfalls weist das Hüllen element eine oder mehrere Laschen auf. Das Fluid stellt vorzugsweise eine niedrige Viskosität bereit, wie beispielsweise Was ser oder dünnflüssiges Öl. Je niedriger die Viskosität, desto reibungs- und wider standsfreier erfolgt die Schwenkbewegung des Objektsensors. Zudem wird durch die niedrige Viskosität bei Schwenkvorgängen eine Durchmischung der Flüssigkeit be reitgestellt, die eine verbesserte Verteilung der Wärmeenergie innerhalb des Wärme leitkissens bereitstellt wodurch auch die Übertragung der Wärmeenergie verbessert wird. Der Übertrag der Wärmeenergie erfolgt dementsprechend von einer wärmeer zeugenden Komponente, gegebenenfalls über das Sensorgehäuse auf das Hüllen element, sodann auf das Fluid, dann auf das Hüllenelement und sodann auf das Wärmeabsorptionselement.
Mit Vorteil ist das Hüllenelement durch ein Verbundsystem ausgebildet.
Es wird vorgeschlagen, dass das Hüllenelement aus Gummi, Kautschuk, syntheti schem Kautschuk oder einer Folie ausgebildet ist.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass das Fluid durch Öl, Fett, Gel, Wasser oder Was ser mit Frostschutzmittel ausgebildet ist.
Die Kühlvorrichtung wird im Weiteren beispielhaft anhand mehrerer Figuren erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 a, b eine schematische Darstellung eines Objekterfassungssensors mit ei ner Kühlvorrichtung in verschiedenen Schwenkzuständen;
Figur 2 einen Objekterkennungssensor mit einem Haltelement und einer
Kühlvorrichtung in Seitenansicht;
Figur 3 ein Objekterkennungssensor mit Halteelement und Kühlvorrichtung im
Querschnitt;
Figur 4 ein Objekterkennungssensor mit Halteelement und Kühlvorrichtung im
Querschnitt in einer weiteren Variante;
Figur 5 eine Befestigungsvariante eines Wärmeleitelements; In den Figuren 1 a und b ist ein Objekterkennungssensor 10 mit einer Kühlvorrichtung 12 schematisch dargestellt. Der Objekterkennungssensor 10 umfasst ein Sensorge häuse 14, welches gegenüber einem Modulgehäuse 16 schwenkbar ausgebildet ist. In der Figur 1 a ist der Objekterkennungssensor 10, insbesondere das Sensorgehäu se 14 nach unten geschwenkt und in der Figur 1 b nach oben. Hierbei sind beispiel haft die maximalen Ausrichtwinkel gezeigt, welche die Extrempositionen des
Schwenkbereichs darstellen. Der Objekterkennungssensor 10 ist gemäß dieser und auch der nachfolgenden Ausführungsvarianten beispielhaft als LIDAR-System aus gebildet. Insbesondere handelt es sich um ein LIDAR-System gemäß den Ausfüh rungen der Patentschrift WO2017/081294A1.
Während des Betriebs des Objekterkennungssensors erzeugen dessen elektrische Komponenten Wärmeenergie. Diese Wärmeenergie wird durch die Kühlvorrichtung 14 abtransportiert und an eine Umgebung abgegeben. Die Wärmeenergie wird von den Komponenten des Objekterkennungssensors 10 an ein Wärmeleitelement 18 übertragen und von diesem an ein Wärmeabsorptionselement. Dieses Wärme absorptionselement ist in der stark vereinfachten Darstellung durch das Modulgehäu se 16 ausgebildet. Dieses bildet zudem auch eine Haltevorrichtung für den Objekter- kennungssensor 10 aus, die in der stark vereinfachten Darstellung der Figur 1 a und b nicht gezeigt ist.
Das Wärmeleitelement 18 ist auf einer Seite mit dem Objekterkennungssensor 10 und auf der anderen Seite mit dem Wärmeabsorptionselement, hierbei dem Modul gehäuse 16, in Anlagekontakt. Der Anlagekontakt erfolgt flächig, sodass ein die Wärmeenergie über den bereitgestellten großflächigen Anlagekontakt effektiv über tragen werden kann. Das Wärmeleitelement 18 ist flexibel, insbesondere elastisch oder verformbar, ausgebildet, sodass dieses eine Schwenkbewegung zwischen dem Objekterkennungssensor 10 und dem Wärmeabsorptionselement möglichst wider- standsfrei und reibungsarm zulässt. Das Wärmeleitelement 18 hierbei mit dem Ob jekterkennungssensor 10 oder dem Wärmeabsorptionselement fest verbunden. Die se Verbindung kann auch beidseitig erfolgen. Die Befestigung kann durch Verkleben, Anvulkanisation oder Klemmen bereitgestellt sein. Die Kühlvorrichtung 12 wird im Weiteren anhand der detaillierteren Figuren 2 und 3 erläutert. Sofern übereinstimmend werden die Bezugszeichen der Figuren 1 a und b für Elemente derselben Funktion übernommen.
Der Objekterkennungssensor 10 umfasst ein Sensorgehäuse 14, eine Hauptplatine 20, ein Sendeelement 22 in Form eines Sendechips, ein Empfangselement 24 in Form eines Empfangschips, eine Sendeoptik 26 (in Figur 2 nicht dargestellt) sowie eine Sendeoptik 28 (in Figur 2 ebenfalls nicht dargestellt).
Der Objekterkennungssensor 10 ist über Lagerelemente 30 schwenkbar an einem Halteelement 32 befestigt. Das Halteelement 32 ist zur festen Verbindung mit einem Modulgehäuse ausgebildet, welches nicht dargestellt ist. Insbesondere kann das Hal teelement 32 auch einteilig an einem Modulgehäuse ausgeführt sein. Insbesondere umschließt das Modulgehäuse den Objekterkennungssensor und das Halteelement gas- und flüssigkeitsdicht.
Die Kühlvorrichtung 12 sorgt für eine Abfuhr der von dem Objekterkennungssensor 10 erzeugten Wärmeenergie an eine Umgebung. Die Kühlvorrichtung 12 umfasst ein Wärmeleitelement 18 und ein Wärmeabsorptionselement 34. Das Wärmeabsorpti onselement 34 ist in dieser Ausführungsvariante durch das Halteelement 32 ausge bildet. Das Wärmeleitelement 18 ist zwischen dem Objekterkennungssensor und dem Halteelement 32 ausgebildet.
Das Sensorgehäuse 14, welches mehrteilig ausgebildet ist stellt mit einer rückseiti gen Gehäuseplatte 36 eine Kontaktfläche 38 bereit, die dem Anlagekontakt des Wärmeleitelements 18 an dem Sensorgehäuse 14 dient. Zwischen dem Wärmelei telement 18 und der Kontaktfläche 38 ist ein großflächiger Anlagekontakt bereitge stellt sodass die erzeugte Wärmeenergie effektiv abgeleitet werden kann. Die Ge häuseplatte 36 steht wiederum in direkten Anlagekontakt mit dem Sendelement 22 und dem Empfangselement 24. Insbesondere sind die Komponenten des Sensorge häuses aus Aluminium ausgebildet. Dadurch wird eine effektive Übertragung der Wärmeenergie von dem Sendeelement 22 und dem Empfangselement 24 über die rückseitige Gehäuseplatte 36 des Sensorgehäuses 14 auf das Wärmeleitelement 18 bereitgestellt. Das Wärmeleitelement 18 nimmt die Wärmeenergie von dem Sensor gehäuse 14 auf und gibt diese an das Wärmeabsorptionselement 34 ab. Von dort ausgehend kann die Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben werden. Das Wärmeabsorptionselement weist eine Kontaktfläche 40 auf, die in großflächigem An lagekontakt für das Wärmeleitelement 18 bereitstellt.
Das Wärmeleitelement 18 ist flexibel, insbesondere elastisch und / oder verformbar, ausgebildet, sodass das Sensorgehäuse eine freie Schwenkbewegung ausführen kann. Insbesondere ist das Wärmeleitelement 18 derart ausgebildet, dass es einen möglichst geringen Widerstand bereitstellt. Durch das Wärmeleitelement sind
Schwenkwinkel von 20 Grad und mehr erreichbar.
Das Wärmeleitelement 18 kann an dem Objekterkennungssensor 10 befestigt sein und mit dem Wärmeabsorptionselement 34 unbefestigt in Anlagekontakt stehen. Al ternativ kann das Wärmeleitelement 18 an dem Wärmeabsorptionselement 34 befes tigt sein und mit dem Objekterkennungssensor 10 unbefestigt in Anlagekontakt ste hen. In einer weiteren Variante kann das Wärmeleitelement 18 einerseits an dem Objekterkennungssensor 10 und andererseits an dem Wärmeabsorptionselement befestigt sein. Die Befestigung kann jeweils durch Verklebung, Anvulkanisation oder auch eine Klemmverbindung bereitgestellt sein. Die Befestigung oder Anlage an dem Objekterkennungssensor 10 erfolgt insbesondere an dessen Sensorgehäuse 14.
Das Wärmeleitelement 18 ist durch ein Hüllenelement 42 ausgebildet. Das Hüllen element 42 ist geschlossen ausgebildet und umschließt einen Aufnahmeraum 44.
Der Aufnahmeraum 44 ist mit einem wärmeleitenden Fluid gefüllt, insbesondere einer Flüssigkeit. Als Flüssigkeit kann unter anderem Wasser mit Frostschutzmittel, Öl o- der Fett verwendet werden, da diese gute Wärmeleitkoeffizienten und hohe Wärme kapazitäten aufweisen und zudem auch eine geringe Viskosität im Einsatzbereich bereitstellen. Insbesondere lässt sich die Viskosität bei Öl und Fett für den Tempera turbereich im Betrieb gezielt einstellen. Das Hüllenelement 42 kann beispielsweise aus Gummi, Kautschuk, synthetischem Kautschuk oder eine Folie ausgebildet sein. Diese lassen sich einfach verformen und schließen den Aufnahmeraum fluiddicht ab. Das Hüllenelement passt seine Form an die äußeren Bedingungen, also an die Schwenkposition an, wobei die Flüssigkeit innerhalb des Aufnahmeraums frei beweglich ist. Dadurch folgt das Wärmeleitele ment den Schwenkbewegungen des Sensorgehäuses 14 auf reibungsarme Weise bei geringem Widerstand. Insbesondere wälzt die Flüssigkeit bei einem Schwenkvor gang innerhalb des Aufnahmeraums um sodass sich die Wärme gleichmäßiger ver teilt und dadurch eine effektivere Wärmeübertragung bereitgestellt wird.
In einer von den Figuren 2 und 3 abgewandelten Variante, die in Figur 5 dargestellt ist, weist das Sensorgehäuse 14 keine rückseitige Gehäuseplatte 36 auf. Stattd es sen schließt das Wärmeleitelement das Sensorgehäuse 14 an dessen Rückseite dicht ab. Insbesondere ist das Wärmeleitelement 44 dazu an dem Sensorgehäuse 14 befestigt wobei die Kontaktfläche 50 des Sensorgehäuses das Pendant zur Kontakt fläche 38 gemäß der Varianten nach den Figuren 2 und 3 darstellt. Dadurch kann ein direkter Anlagekontakt des Wärmeleitelements 12 an den wärmeerzeugenden Komponenten des Objekterkennungssensors 10 erfolgen. Insbesondere steht das Wärmeleitelement 18 bei einer derartigen Ausführungsvariante im direkten Anlage kontakt mit dem Sendeelement 22, dem Empfangselement 24 und/oder der Haupt platine 20 wodurch eine optimale Übertragung der Wärmeenergie auf das Wärmelei telement gewährleistet ist. Mit Vorteil ist das Wärmeleitelement auch fest mit den wärmeerzeugenden Komponenten des Objekterkennungssensors 10 verbunden.
Eine weitere Befestigungsvariante für ein Wärmeleitelement 18 ist beispielhaft und schematisch in der Figur 4 dargestellt. Das Hüllenelement 42 des Wärmeleitelements 18 weist eine oder mehrere Laschen 46 auf. Diese Laschen stehen von den Hüllen element 42, welches den Aufnahmeraum 44 umgibt, ab. Dabei greift die Lasche 46 zwischen zwei Klemmelementen 48a und 48b ein. Die Klemmelemente 48a und 48b werden beispielsweise über eine Schraubverbindung gegeneinander vorgespannt, sodass die Lasche 46 zwischen diesen beiden befestigt ist. Dabei ist beispielsweise das Klemmelement 48a durch das Sensorgehäuse 14 ausgebildet und das Klemm elemente 48b stellt ein gesondertes Bauteil dar, welches für die Klemmverbindung vorgesehen ist. Insbesondere ist in die Lasche 42 eine Verstärkung eingearbeitet, beispielsweise eine Platte, insbesondere aus Kunststoff oder Metall.
Bezuqszeichen Objekterkennungssensor
Kühlvorrichtung
Sensorgehäuse
Modulgehäuse
Wärmeleitelement
Hauptplatine
Sendeelement
Empfangselement
Sendeoptik
Empfangsoptik
Lagerelement
Halteelement
Wärmeabsorptionselement
Gehäuseplatte
Kontaktfläche
Kontaktfläche
Hüllenelement
Aufnahmeraum
Lasche
a, b Klemmelement
Kontaktfläche

Claims

Patentansprüche
1. Kühlvorrichtung (12) für einen Objekterkennungssensor (10), umfassend
• einen Objekterkennungssensor (10),
• ein Wärmeabsorptionselement (34) und
• ein flexibles Wärmeleitelement (18) zur Übertragung von Wärmeenergie von dem Objekterkennungssensor (10) zu dem Wärmeabsorptionselement
(34),
• wobei das Wärmeleitelement (18) einerseits mit Anlagekontakt an dem Ob jekterkennungssensor (10) und andererseits mit Anlagekontakt an dem Wärmeabsorptionselement (34) angeordnet ist,
• wobei der Objekterkennungssensor (10) zur Ausführung einer Relativbe wegung, insbesondere einer Sch wen kbeweg u n g , gegenüber dem Wärme absorptionselement (34) ausgebildet ist.
2. Kühlvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (18) mit einem Sensorgehäuse (14) des Objekterkennungssensors (10) in Anlagekontakt steht oder das Sensorge häuse (14) des Objekterkennungssensors (10) abschließt.
3. Kühlvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (18) in Anlagekontakt mit einer Platine (20) und / oder einem Chip (22, 24) des Objekterkennungssensors steht.
4. Kühlvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Wärmeabsorptionselement (34) durch ein Halteelement (32) für den Objekterkennungssensor (10) ausgebildet ist.
5. Kühlvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (18) an dem Sensorgehäuse (14) und / oder dem Wärmeabsorptionselement (34) befestigt ist, insbesondere anvulkani siert, verklebt oder verklemmt ist.
6. Kühlvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (18) durch eine elastische Masse, ins besondere eine homogene elastische Masse, ausgebildet ist.
7. Kühlvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (18) durch ein Hüllenelement (42) ausgebildet ist, welches mit einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, gefüllt ist.
8. Kühlvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Hüllenelement (42) durch ein Verbundsystem ausgebildet ist.
9. Kühlvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Hüllenelement (42) durch Gummi, Kautschuk, syntheti schen Kautschuk oder Folie ausgebildet ist.
10. Kühlvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Fluid durch Öl, Fett, Wasser oder Wasser mit Frost schutzmittel ausgebildet ist.
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