DD204149A1 - Kuehlvorrichtung nach dem warmerohrprinzip, insbesondere fuer elektronische schaltungsanordnungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kuehlvorrichtung, die vorwiegend fuer die Waermeuebertragung von verteilten und/oder schwer zugaenglichen Waermequellen zu einer Waermesenke geeignet ist. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kuehlvorrichtung, welche auf dem Waermerohrprinzip beruht, zu schaffen, die es gestattet, eine effektive Waermeuebertragung mit einfachen Mitteln zu erreichen, wobei die Kuehlvorrichtung die den zu kuehlenden Teilen entsprechende Form aufweisen soll. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass in dem Hohlraum zwischen Waermequelle(n) und Waermesenke ein Ballon aus gummiartigem Material eingebracht ist, der mit einem Kuehlmedium, dessen Siedepunkt bei Betriebsdruck zwischen Umgebungstemperatur, z.B. Zimmertemperatur der zu kuehlenden Teile liegt, gefuellt ist und der Ballon den Hohlraum zwischen Waermequelle(n) und Waermesenke weitgehend ausfuellt, wobei er sich an die im Hohlraum angeordneten einzelnen Teile, wie Bauelemente, Baugruppen usw. weitgehend anschmiegt bzw. diese ganz oder teilweise umschliesst.

Description

Titel der Erfindung

Kühlvorrichtung nach dem Wärmerohrprinzip, insbesondere für elektronische Schaltungsanordnungen 5

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, die vorwiegend für die Wärmeübertragung von verteilten und/oder schwer zugänglichen Wärmequellen zu einer Wärmesenke geeignet ist. Die Kühlvorrichtung beruht dabei auf dem Prinzip des sogenannten Wärmerohres und kann insbesondere zur Kühlung elektronischer Schaltungsanordnungen eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß Wärmerohre mit sehr hoher Effektivität Wärme von konzentrierten Wärmequellen zu Wärmesenken abführen können. Bei mehreren verteilt angeordneten oder schwer zugänglichen Wärmequellen würde der Aufwand zur Kühlung aber sehr groß bzw. uneffektiv werden. Eine derartige Kühlvorrichtung ist in der DE-OS 2 550 419 enthalten. Sie dient dazu, Wärme von integrierten Schaltungsmodulen abzuführen und besteht aus einer Aluminiuraschichten-Anordnung, die auf der Oberseite einer Leiterplatte gesichert ist. Die Kühl-

vorrichtung weist mehrere Wärmerohre zum Obertragen von Wärme zu einem Kondensationsbereich auf. Oedes Wärmerohr besteht aus einem mittigen Dampfkanal mit mehreren parallelen Kapillar- oder Haarnadelrillen, von denen jede auf einer Seite zum Dampfkanal offen ist und die somit den Docht des Wärmerohres bilden» Sie verlaufen über die Leiterplattenlänge zu einem Kondensationsbereich. Für jede Reihe von integrierten Schaltungsmodulen ist ein Wärmerohr vorgesehen. Die Wärme von den Schaltungsmodulen verdampft ein Arbeitsmittel in den Kapillarrillen und der Dampf strömt im Dampfkanal zum Kondensationsbereich, wo er durch ein in diesem Bereich strömendes Kühlmittel gekühlt und kondensiert wird.

Dieser Kühlvorrichtung haften mehrere Nachteile an. Sie ist relativ kompliziert aufgebaut und benötigt eine Vielzahl spezieller Teile. Die Bauelemente müssen auf der Leiterplatte verkehrt eingelötet werden und zur Produktion der Kühlvorrichtung ist eine spezielle kostspielige Technologie erforderlich. Die Art der Konstruktion gewährleistet auch nicht die Dichtheit der vielen erforderlichen Wärmerohre.

Nach der DE-OS 2 614 917 wird zur Kühlung elektronischer Schaltungsanordnungen, wie z. B. einer bestückten Leiterplatte, ein Füllkörper zwischen diese und einer Wärmesenke angeordnet, wobei die Form des Füllkörpers den Bauelementen auf der Leiterplatte und der Wärmesenke angepaßt ist. Der Füllkörper besteht aus elastomerem Material, z. B, Silikongummi, und soll nicht an der elektronischen Schaltungsanordnung oder Wärmesenke haften.

Nachteilig bei dieser Lösung, die auf dem Wärmeleitprinzip beruht, ist, daß die Füllkörper der jeweiligen elektronischen Schaltungsanordnung bzw. den auf der Leiterplatte angeordneten Bauelemente und der Wärmesenke angepaßt werden müssen, d. h., sie müssen für alle Leiterplattentypen entsprschend vorge-

gössen bzw· bearbeitet werden. Die Wärmeleitung ist relativ gering und wird mit zunehmender Dicke des Füllkörpers uneffektiver in der Wirkung·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine effektivere Wärmeübertragung, auch von verteilten und/oder schwer zugänglichen Wärmequellen mit einfachen Mitteln zu erreichen· IO

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung, welche auf dem Wärmerohrprinzip beruht, zu schaffen, die es gestattet, eine effektive Wärmeübertragung von den einzelnen wärmeerzeugenden Teilen, wie z, 8. Bauelementen, Baugruppen usw. einer elektronischen Schaltungsanordnung, zu einer Wärmesenke zu erreichen, wobei die Kühlvorrichtung die den zu kühlenden Teilen usw, entsprechende Form annehmen bzw. den Raum zwischen Wärmequelle(n) und Wärmesenke ausfüllen soll und Änderungen des konstruktiven Aufbaus der zu kühlenden Teile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst , daß in dem Hohlraum zwischen Wärmequelle(n) und Wärmesenke ein Ballon aus gummiartigem Material eingebracht ist, der mit einem Kühlmedium, dessen Siedepunkt bei Betriebsdruck zwischen Umgebungstemperatur, z, B. Zimmertemperatur und Temperatur der zu kühlenden Teile liegt, gefüllt ist und der Ballon den Hohlraum zwischen VVärmequelle(n) und Wärmesenke weitgehend ausfüllt, wobei er sich an die im Hohlraum angeordneten einzelnen Teile, wie Bauelemente, Baugruppen usw. weitgehend anschmiegt bzw. diese ganz oder teilweise umschließt.

Aus Gründen der möglichen Osmose ist als Kühlmedium ein Gas bzw· eine Flüssigkeit mit großer Molekülgröße zu wählen.

Zweckmäßigerweise ist an der Eintrittsöffnung des Ballons ein Ventil vorhanden, mit dem es möglich ist, den Ballon abzudichten oder bedarfsweise das darin enthaltene Kühlmedium abzulassen·

Weiterhin ist es möglich, das erforderliche Kühlmedium aus einem Druckbehälter, beispielsweise einer Patrone, zu entnehmen, welche an der Eintrittsöffnung des Ballons bzw. an das Ventil angeschlossen ist» Mittels des Ventils ist es möglich, den Kühlmediendruck im Ballon entsprechend einzustellen

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Um die Kühlung in den verschiedensten Betriebslagen der Wärmequelle(n) zur Wärmesenke zu sichern und/oder eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmediums zu erreichen, kann eine als Docht dienende kapillare Matte, z. B. aus Filz, in den Ballon eingefügt werden. Der Docht muß auf der zu kühlenden Seite und dem tiefsten Teil des Ballons aufliegen und diese verbinden.

Ausführunqsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellen dar

Fig. 1: eine mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ausgestattete Baugruppe eines elektronischen Ge

rätes im Schnitt

Fig. 2: eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung als Kühlmodul für ein elektronisches Gerät im Schnitt

In Fig, 1 ist als Kühlvorrichtung im Hohlraum 1 zwischen einer bestückten Leiterplatte 2 und einem Metallgehäuse 3 ein Ballon 4 aus gummiartigem und elektrisch nichtleitendem Material eingefügt, der den vorhandenen Hohlraum 1 nach dem Einblasen eines Kühlmediums, z. B, eines Gases bzw, einer Flüssigkeit, mit großer Molekühlgröße über ein Ventil 5 ausfüllt und sich an jedes einzelne Bauelement 6 sowie an das Metallgehäuse 3 anschmiegt ·

Das Kühlmedium muß einen Siedepunkt besitzen, der bei Betriebsdruck zwischen Umgebungstemperatur und Temperatur der zu kühlenden Teile liegt. Dadurch tritt eine Wirkung wie bei einem Wärmerohr auf, indem ein Kreislauf des Kühlmediums erfolgt,

15' Gemäß Fig* 2 ist die Kühlvorrichtung als Kühlmodul für ein elektronisches Gerät aufgebaut» Ein derartiger Kühlmodul, welcher als zwischen die einzelnen Leiterplatten einschiebbare Einheit ausgebildet ist, besteht im wesentlichen aus einem Ballon 4, einem Ventil 5, einem Kühlkörper 7, einem Kühlblech 8 und einer über ein Ventil 5 an den Ballon 4 angeschlossenen Patrone 9, die das erwähnte Kühlmedium enthält. Im Kühlmodul ist der Ballon 4 auf das Kühlblech 8 aufgeklebt , damit das Einschieben des Kühlblechs 8 in die vorgesehenen Schienen durch den Ballon 4 nicht erschwert wird,

25' Mittels der Patrone 9 wird der Ballon 4 nach öffnen des Ventils 5 mit einem Kühlmedium entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 gefüllt bzw, aufgeblasen und schmiegt sich eng an die auf der bestückten Leiterplatte 2 vorhandenen Bauelemente, den Kühlkörper 8, das Kühlblech 9 und an vorhandene Gehäuseteile an« Damit ist der Kühlmodul funktionsfähig.

Zum eventuellen Auswechseln der bestückten Leiterplatte 2 wird das Kühlmedium aus dem Ballon 4 über die Eintrittsöffnung abgelassen, der Kühlmodul aus dem elektronischen Gerät herausgezogen und nach Auswechseln der Leiterplatte 2 wieder eingeschoben. An die Eintrittsöffnung des Ballons 4

wird eine neue Patrone 9 angeschlossen und derselbe wieder entsprechend aufgeblasen.

Die erfindungsgeraäße Kühlvorrichtung ist universell für die verschiedenartigsten Kühlzwecke anwendbar, z. B* zur Kühlung von elektronischen Geräten, die in einem Mastcontainer untergebracht sind und wobei das Containergehäuse die Wärmesenke darstellt, für im Freien montierte Fernsehumsetzer und Antennenverstärker usw.«

Claims (5)

- 7 Erfindunqsanspruch

1. Kühlvorrichtung nach dem Wärmerohrprinzip, insbesondere für elektronische Schaltungsanordnungen, gekennzeichnet dadurch, daß in dem Hohlraum (1) zwischen Wärmequelle(n) und Wärmesenke ein Ballon (4) aus gummiartigem Material eingebracht ist, der mit einem Kühlmedium, dessen Siedepunkt bei Betriebsdruck zwischen Uragebungstemperatur und Temperatur der zu kühlenden Teile liegt, gefüllt ist und der Ballon (4) den Hohlraum (1) zwischen Wärmequelle(n) und Wärmesenke weitgehend ausfüllt, wobei er sich an die im Hohlraum (1) angeordneten einzelnen Teile, wie Bauelemente (6), Baugruppen usw. weitgehend anschmiegt bzw. diese ganz oder teilweise umschließt·

2» Kühlvorrichtung nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Kühlmedium ein Gas bzw. eine Flüssigkeit vorhanden ist, deren Molekühldurchmesser groß ist.

3. Kühlvorrichtung nach Pkt. 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß an der Eintrittsöffnung des Ballons (4) ein Ventil (5) vorhanden ist.

4. Kühlvorrichtung nach Pkt. 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß an der Eintrittsöffnung des Ballons (4) ein Druckbehälter, z. B. eine Patrone (9), mit dem erforderlichen Kühlmedium angeschlossen ist.

5. Kühlvorrichtung nach Pkt. 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß in aen Ballon (4) eine als Docht dienende kapillare Matte, z. B. aus Filz, derart eingefügt ist, daß er auf der zu kühlenden Seite und dem tiefsten Teil des Ballons aufliegt und diese verbindet«

Hierzu 1 Blatt Zeichnung