DE102007038911A1

DE102007038911A1 - Kühlvorrichtung und Beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE102007038911A1
Application number: DE102007038911A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Reiners; Ralf Dr. Vollmer; Peter Frey
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2009-02-19
Also published as: WO2009024133A1

Abstract

Eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle (100) umfasst einen Grundkörper (1) mit einer für die Wärmequelle (100) vorgesehenen Montagefläche (11) in einem Montagebereich (12), zumindest einen ersten Kanal (31) im Grundkörper (1), der vom Montagebereich (12) bis zu einer ersten Austrittsöffnung (41) an einer Oberfläche (13) des Grundkörpers (1) reicht, ein an die erste Austrittsöffnung (4) des ersten Kanals (3) angeschlossenes erstes Wärmeleitrohr (2), wobei das erste Wärmeleitrohr (2) ein Innenvolumen (21) aufweist, das mit dem ersten Kanal (3) verbunden ist, und ein Wärmeübertragungsmedium (5), das bei Betrieb der Wärmequelle (100) in dem zumindest einen ersten Kanal (3) und dem Innenvolumen (21) des ersten Wärmeleitrohrs (2) zirkulieren kann, so dass von der Wärmequelle (100) im Betrieb erzeugte Wärme aus dem Grundkörper (1) abgeleitet werden kann. Eine Beleuchtungseinrichtung weist eine solche Kühlvorrichtung auf.

Description

Es wird eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle und eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Kühlvorrichtung angegeben. Weiterhin wird ein Verkehrsmittel mit einer derartigen Kühlvorrichtung oder Beleuchtungseinrichtung angegeben.
Beispielsweise in Automobilen müssen die verwendeten elektronischen Komponenten bei den für Automobile üblichen hohen Temperaturen arbeiten können. Daher kommen beispielsweise aktive Kühlungen mit forcierter Kühlluft, etwa Lüfter, zum Einsatz. Jedoch kann es gerade bei Verkehrsmitteln, wie Automobilen auch erforderlich sein, dass Anforderungen hinsichtlich eines möglichst geringen Platzbedarfs und Gewichts Rechnung getragen werden muss.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle anzugeben. Weiterhin ist es zumindest eine Aufgabe, eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Kühlvorrichtung anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst insbesondere

– einen Grundkörper mit einer für die Wärmequelle vorgesehenen Montagefläche in einem Montagebereich,
– zumindest einen ersten Kanal im Grundkörper, der vom Montagebereich bis zu einer ersten Austrittsöffnung an einer Oberfläche des Grundkörpers reicht,
– ein an die erste Austrittsöffnung des ersten Kanals angeschlossenes erstes Wärmeleitrohr, wobei das erste Wärmeleitrohr ein Innenvolumen aufweist, das mit dem ersten Kanal verbunden ist und
– ein Wärmeübertragungsmedium, das bei Betrieb der Wärmequelle in dem zumindest einen ersten Kanal und dem Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs zirkulieren kann, so dass von der Wärmequelle im Betrieb erzeugte Wärme aus dem Grundkörper abgeleitet werden kann.

Die Wärmequelle kann dabei hier und im folgenden auch eine Mehrzahl von gleichartigen oder verschiedenen Wärmequellen umfassen. Die Wärmequelle kann dabei auf der Montagefläche des Montagebereichs montiert sein. Wärme, das heißt Wärmeenergie, die im Betrieb der Wärmequelle entstehen kann, kann somit durch den beispielsweise unmittelbaren Kontakt zwischen der Wärmequelle und dem Wärme leitenden Grundkörper auf den Grundkörper abgeleitet werden. Da der zumindest eine erste Kanal bis an den Montagebereich heranreicht oder in diesen hineinreicht und von diesem bis zur ersten Austrittsöffnung an einer Oberfläche des Grundkörpers reicht, kann zumindest im Montagebereich und weiterhin beispielsweise auch über die Länge des ersten Kanals im Grundkörper Wärme vom Grundkörper direkt in den zumindest einen ersten Kanal abgegeben werden. Gerade dadurch, dass der zumindest eine erste Kanal bis an den Montagebereich heranreicht oder in diesen hineinreicht, kann die von der Wärmequelle erzeugte Wärme nahe der Wärmequelle auf das Wärmeübertragungsmedium übergehen.
Der erste Kanal kann sich dabei durch den Grundkörper vom Montagebereich weg erstrecken. Dabei kann im ersten Kanal über eine den ersten Kanal begrenzende Wand Wärme auf das Wärmeübertragungsmedium übertragen werden. Eine Übertragung von Wärme von der Wärmequelle auf das Wärmeübertragungsmedium kann bei dem oben angegebenen Grundkörper somit mit geringem Wärmewiderstand stattfinden, da es bei dem Grundkörper möglich sein kann, dass sich zwischen der Wärmequelle und dem Wärmeübertragungsmedium nur zwei Grenzflächen, nämlich die Montagefläche und die den ersten Kanal begrenzende Wand, befinden.
Dadurch, dass der erste Kanal eine erste Austrittsöffnung an der Oberfläche des Grundkörpers aufweist und das erste Wärmeleitrohr an der ersten Austrittsöffnung derart angeschlossen ist, dass das Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs mit dem ersten Kanal verbunden ist, und dadurch, dass das Wärmeübertragungsmedium bei Betrieb der Wärmequelle in dem zumindest einen ersten Kanal und in dem Innenvolumen zirkulieren kann, kann somit die Wärme, die im Bereich des ersten Kanals auf das Wärmeübertragungsmedium übergegangen ist, mittels des zirkulierenden Wärmeübertragungsmediums unmittelbar, das heißt ohne weitere Grenzflächen, die den Wärmewiderstand erhöhen können, in das Innenvolumen des Wärmeleitrohrs übertragen werden. Das Wärmeübertragungsmedium, das sich im Innenvolumen des Wärmeleitrohrs befindet, kann Wärme an das Wärmeleitrohr, das heißt, beispielsweise an eine das Innenvolumen begrenzende Wandung, abgeben. Nach Abgabe der Wärme an das Wärmeleitrohr, das wiederum die Wärme an die Umgebung abgeben kann, kann das Wärmeübertragungsmedium wieder zurück in den zumindest einen ersten Kanal gelangen und dort wiederum Wärme vom Grundkörper aufnehmen, wodurch die Zirkulation zustande kommen kann. Das erste Wärmeleitrohr kann dabei die aufgenommene Wärme an die Umgebung abgeben, die vorzugsweise eine niedrigere Temperatur als der Montagebereich des Grundkörpers aufweist.
Der Grundkörper und das Wärmeleitrohr können dabei ein geschlossenes System bilden, das heißt, dass der zumindest eine erste Kanal und das Innenvolumen des Wärmeleitrohrs ein gegenüber der Umgebung abgeschlossenes Volumen bilden können. Im Vergleich zu einem in sich abgeschlossenen Wärmeleiter, der an den Grundkörper durch einen Oberflächenkontakt thermisch angekoppelt sein kann, kann somit ein effektiverer Wärmetransport mit verringertem Wärmewiderstand ermöglicht werden. Da die Wärmequelle bei bestimmten Ausführungsformen nicht auf einem beliebigen Kühlsystem montiert werden kann, etwa wenn die Wärmequelle ein elektronisches Bauelement umfasst, das elektrische Anschlüsse sowie eine mechanische Montierbarkeit erfordert, kann vermieden werden, dass durch Anbringung der Wärmequelle auf einem geeigneten Träger und thermischen Anschluss des geeigneten Trägers an ein Kühlsystem der Wärmewiderstand zwischen der Wärmequelle und dem Kühlsystem unnötig erhöht wird.
Weiterhin kann es möglich sein, dass der Grundkörper einen zweiten Kanal aufweist, der vom Montagebereich bis zu einer zweiten Austrittsöffnung an einer Oberfläche des Grundkörpers reicht. Das erste Wärmeleitrohr kann dabei zusätzlich an der zweiten Austrittsöffnung des zweiten Kanals angeschlossen sein, so dass das Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs mit dem zweiten Kanal verbunden sein kann. Dadurch kann es möglich sein, dass das Wärmeübertragungsmedium zusätzlich im beziehungsweise durch den zweiten Kanal zirkulieren kann. Dabei können der erste Kanal, der zweite Kanal und das Innenvolumen des Wärmeleitrohrs ein zusammenhängendes, abgeschlossenes Volumen bilden. Das Wärmeleitrohr kann sich dabei von der ersten Austrittsöffnung bis zur zweiten Austrittsöffnung erstrecken.
Weiterhin können der erste Kanal und der zweite Kanal im Montagebereich oder zumindest nahe des Montagebereichs miteinander verbunden sein, so dass zusammen mit dem Innenvolumen des Wärmeleitrohrs eingeschlossenes, beispielsweise ringförmiges Volumen gebildet werden kann, in dem das Wärmeübertragungsmedium zirkulieren kann. Dabei kann das Wärmeübertragungsmedium beispielsweise über den ersten Kanal Wärme abtransportieren, während über den zweiten Kanal Wärmeübertragungsmedium, das im Innenvolumen Wärme an das Wärmeleitrohr abgegeben hat, zurück zum Montagebereich gelangen kann. Alternativ kann das Wärmeübertragungsmedium parallel über den ersten und zweiten Kanal Wärme aus dem Montagebereich abtransportieren und nach Abgabe von Wärme auf das Wärmeleitrohr über dieselben Kanäle zum Montagebereich zurückgelangen.
Weiterhin kann es möglich sein, dass der Grundkörper einen dritten Kanal aufweist, der vom Montagebereich bis zu einer dritten Austrittsöffnung an einer Oberfläche des Grundkörpers reicht und dass das erste Wärmeleitrohr zusätzlich an der dritten Austrittsöffnung des dritten Kanals angeschlossen ist, so dass das Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs mit dem dritten Kanal verbunden sein kann. Der erste und/oder zweite und/oder dritte Kanal können dabei im Montagebereich oder zumindest nahe des Montagebereichs miteinander verbunden sein, so dass das durch den ersten, zweiten und dritten Kanal und das Innenvolumen gebildete Volumen als zwei geschlossene, beispielsweise ringförmige Volumina verstanden werden kann, die beispielsweise über einen der ersten, zweiten und dritten Kanäle miteinander verbunden sein können. Dabei kann das Wärmeübertragungsmedium beispielsweise über den ersten Kanal Wärme abtransportieren, während über den zweiten und dritten Kanal Wärmeübertragungsmedium, das im Innenvolumen Wärme an das Wärmeleitrohr abgegeben hat, zurück zum Montagebereich gelangen kann. Alternativ kann das Wärmeübertragungsmedium parallel über den ersten und zweiten Kanal Wärme aus dem Montagebereich abtransportieren und nach Abgabe von Wärme auf das Wärmeleitrohr und die das Wärmeleitrohr umgebende Umgebung über den dritten Kanal zum Montagebereich zurückgelangen. Alternativ kann das Wärmeübertragungsmedium parallel über den ersten, zweiten und dritten Kanal Wärme aus dem Montagebereich abtransportieren und nach Abgabe von Wärme auf das Wärmeleitrohr über dieselben Kanäle zum Montagebereich zurückgelangen.
Ein Kanal im Grundkörper kann dabei einen beliebigen Querschnitt und Verlauf im Grundkörper aufweisen, wobei ein Kanal bevorzugt geradlinig vom Montagebereich zu seiner Austrittsöffnung reichen kann. Die jeweilige Austrittsöffnung der beschriebenen Kanäle kann dabei beispielsweise an einer zur Montagefläche benachbarten Seitenfläche des Grundkörpers oder an einer nicht an die Montagefläche angrenzende Seitenfläche oder einer der Montagefläche abgewandt angeordneten Rückseitenfläche des Grundkörpers angeordnet sein.
Der Grundkörper in Verbindung mit dem ersten Wärmeleitrohr kann insbesondere wärmeleitfähig sein, so dass in einem ersten Teilbereich des durch den zumindest einen ersten Kanal und das Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs gebildeten Volumen im oder nahe des Montagebereichs Wärme wie oben beschrieben von der Wärmequelle auf das Wärmeübertragungsmedium abgegeben wird. Dabei kann das Wärmeübertragungsmedium im ersten Teilbereich zumindest teilweise von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand übergehen. Der erste und zweite Zustand können sich dabei beispielsweise durch jeweils verschiedene Dichten unterscheiden, wobei das Wärmeübertragungsmedium im zweiten Zustand, also nach der Aufnahme von Wärme von der Wärmequelle, eine geringere Dichte als im ersten Zustand, also vor Aufnahme von Wärme, aufweisen kann. Dadurch kann eine durch Konvektion bedingte Strömung das Wärmeübertragungsmedium im zweiten Zustand in Richtung eines zweiten Teilbereichs des durch den zumindest einen ersten Kanal und das Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs gebildeten Volumen transportieren, wobei der zweite Teilbereich beispielsweise im ersten Wärmeleitrohr liegen kann, das zumindest im zweiten Teilbereich eine geringere Temperatur als der Montagebereich des Grundkörpers aufweisen kann. Im zweiten Teilbereich kann das Wärmeübertragungsmedium somit Wärme an das erste Wärmeleitrohr abgeben und wieder in einen Zustand höherer Dichte, beispielsweise den ersten Zustand, übergehen und zum ersten Teilbereich zurückströmen. Die Strömung kann beispielsweise durch äußere Kräfte, insbesondere durch die Schwerkraft oder auch als eine forcierte Strömung wie etwa durch eine Pumpe hervorgerufen, bewirkt und/oder unterstützt werden.
Für eine derartige Wärmeleitung durch das Wärmeübertragungsmedium kann das Wärmeübertragungsmedium in flüssiger oder gasförmiger Phase vorliegen und ohne Phasenübergang, also ohne Änderung des Aggregatszustandes, in dem zumindest einen ersten Kanal und dem Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs zirkulieren. Weiterhin kann das Wärmeübertragungsmedium in einem überkritischen Zustand, das heißt in einem Mischzustand aus flüssiger und gasförmiger Phase, bei dem eine flüssige von einer gasförmigen Phase nicht mehr unterschieden werden kann, vorliegen.
Weiterhin können der erste und der zweite Zustand beispielsweise unterschiedliche Aggregatszustände sein. Insbesondere kann der erste Zustand eine feste und/oder eine flüssige Phase umfassen und der zweite Zustand eine dampfförmige Phase. Das bedeutet insbesondere, dass das Wärmeübertragungsmedium im ersten Teilbereich durch Aufnahme von Wärme von der Wärmequelle sublimieren und/oder verdampfen kann und damit zumindest einen Phasenübergang während der Zirkulation in dem zumindest einen ersten Kanal und dem Innenvolumen vollziehen kann. Dabei kann das Wärmeübertragungsmedium in dem ersten Teilbereich einen ersten Dampfdruck aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann wie oben beschrieben der erste Zustand ebenfalls eine dampfförmige Phase umfassen, wobei dann die Dichte des zweiten Zustands vorzugsweise geringer als die Dichte der dampfförmigen Phase des ersten Zustands sein kann.
Zumindest ein Teil des Wärmeübertragungsmediums, das sich nach Aufnahme von Wärme im ersten Teilbereich im zweiten Zustand befindet, kann sich dann zu dem zweiten Teilbereich, der vorzugsweise einem zweiten Ende des Wärmeleitrohrs angeordnet ist, bewegen, so etwa beispielsweise durch Konvektionskräfte. Im zweiten Teilbereich kann das Wärmeübertragungsmedium vom zweiten Zustand durch Abgabe von Wärme wieder in den ersten Zustand übergehen, also beispielsweise kondensieren oder resublimieren. Insbesondere kann es auch möglich sein, dass das Wärmeübertragungsmedium im zweiten Teilbereich einen zweiten Dampfdruck aufweist, der niedriger als der erste Dampfdruck ist. Die durch den Übergang des Wärmeübertragungsmediums freigewordene Wärme kann dann vom zweiten Teilbereich an die Umgebung, insbesondere an eine Wärmesenke, etwa den Kühlkörper, abgegeben werden. Insbesondere kann das vorweg beschriebene Funktionsprinzip bedingen, dass der erste Teilbereich eine höhere Temperatur aufweist als der zweite Teilbereich.
Das Wärmeübertragungsmedium im ersten Zustand im zweiten Teilbereich kann dann beispielsweise durch Einwirkung einer oder mehrerer Kräfte, etwa durch die Schwerkraft und/oder durch Kapillarkräfte, in den ersten Teilbereich zurücktransportiert werden. Dabei können auch Netzstrukturen, Sinterstrukturen, Rillen oder Rinnen oder Kombinationen daraus, die in dem Innenvolumen oder das Innenvolumen umgebend in dem erste Wärmeleitrohr und/oder in dem zumindest einen ersten Kanal angeordnet sind, geeignet sein, das Wärmeübertragungsmedium vom zweiten Teilbereich in den ersten Teilbereich über Kapillarkräfte zu transportieren.
Beispielsweise im Falle, dass die Strömung durch die Schwerkraft unterstützt und/oder bewirkt werden kann, kann es vorteilhaft sein, wenn das erste Wärmeleitrohr in Schwerkraftrichtung oberhalb des Montagebereichs angeordnet ist. Das kann bedeuten, dass der zumindest eine erste Kanal vom Montagebereich entgegen der Schwerkraftrichtung zur ersten Austrittsöffnung führt. Die Schwerkraftrichtung ist üblicherweise dabei in Richtung senkrecht zur Erdoberfläche hin gerichtet. Entgegen der Schwerkraftrichtung kann insbesondere bedeuten, dass der Montagebereich des Grundkörpers entlang der Schwerkraftrichtung näher an der Erdoberfläche, also tiefer, als die erste Austrittsöffnung des zumindest einen ersten Kanals gelagert ist. das kann bedeuten, dass der zumindest eine erste Kanal mit der Schwerkraftrichtung einen Winkel von weniger als 90° einschließen kann, bevorzugt kleiner oder gleich 45°, oder auch parallel zur Schwerkraftrichtung sein kann. Dasselbe kann auch für den zweiten und/oder dritten Kanal und die jeweiligen Austrittsöffnungen gelten.
Beispielsweise kann das erste Wärmeleitrohr, das nach zumindest einem der vorgenannten Prinzipien zusammen mit dem zumindest einen ersten Kanal Wärme leiten kann, ein Thermosyphon oder besonders bevorzugt ein so genanntes Wärmerohr („heat pipe") bilden oder sein. Dadurch kann Wärme ohne zusätzlichen Energieaufwand auf wirtschaftliche Weise effizient vom Montagebereich des Grundkörpers über das erste Wärmeleitrohr an die Umgebung geleitet werden.
Weiterhin kann das Wärmeübertragungsmedium bevorzugt Wasser aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Wärmeübertragungsmedium Ethan, Propan, Butan, Pentan, Propen, Methylamin, Ammoniak, Methanol, Ethanol, Methylbenzen, Aceton und/oder Kohlendioxid oder eine Mischung oder Kombination daraus aufweisen. Beispielsweise kann das Wärmeübertragungsmedium Wasser und ein Frostschutzmittel, beispielsweise einen Alkohol, aufweisen, so dass die Kühlvorrichtung Wärmeübertragungsmedium in flüssiger Phase auch unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser aufweisen kann.
Weiterhin kann im Vergleich zu der Umgebung außerhalb des Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs und des zumindest einen ersten Kanals ein geringerer Druck als der Umgebungsluftdruck herrschen. Alternativ kann in dem Innenvolumen auch ein höherer Druck als der Umgebungsluftdruck herrschen. Durch eine Einstellung des Drucks in dem durch das Innenvolumen und den zumindest einen ersten Kanal gebildeten Volumen kann zusammen mit der Wahl des Wärmeübertragungsmediums ein gewünschter Temperaturbereich, in dem die Kühlvorrichtung effizient arbeiten kann, eingestellt werden.
Das erste Wärmeleitrohr kann an den Grundkörper mittels einer lösbaren Befestigungsart angeschlossen sein. Eine lösbare Befestigungsart kann dabei insbesondere eine mechanische Befestigungsart wie etwa Schrauben, Stecken, Flanschen, Klemmen oder eine Kombination daraus sein. Weiterhin kann das erste Wärmeleitrohr an den Grundkörper mittels einer nach dem Befestigen schwer lösbaren oder unter Normalbedingungen unlösbaren Befestigungsart wie etwa Löten, Schweißen, Kleben oder einer Kombination daraus angeschlossen sein. Das erste Wärmeleitrohr kann an den Grundkörper auch mittels einer Kombination von zwei oder mehreren der vorher genannten Befestigungsarten, also einer Kombination aus Stecken, Klemmen, Flanschen, Löten, Schweißen, Kleben und/oder Schrauben angeschlossen sein. Dabei kann die so gebildete Anschlussverbindung zwischen dem ersten Wärmeleitrohr und dem Grundkörper eine abgedichtete Verbindung des ersten Wärmeleitrohrs mit dem Grundkörper bewirken, so dass im Grundkörper und dem ersten Wärmeleitrohr wie oben beschrieben ein abgeschlossenes Volumen erreicht werden kann.
Das erste Wärmeleitrohr kann eine längliche, stabförmige Form oder auch zusätzlich Verzweigungen aufweisen. Insbesondere kann das erste Wärmeleitrohr dabei einen kreisrunden Querschnitt oder alternativ oder zusätzlich auch einen ellipsenförmigen oder einen n-eckigen Querschnitt aufweisen, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 3 sein kann. Darüber hinaus kann ein Wärmeleitrohr eine gestreckte Form oder auch eine zumindest in Teilbereichen gebogene Form aufweisen.
Weiterhin kann das erste Wärmeleitrohr mit dem Grundkörper derart verbunden sein, dass der Grundkörper gegenüber dem ersten Wärmeleitrohr bewegbar ist. Das kann bedeuten, dass der Grundkörper verschiebbar und/oder dreh- oder schwenkbar gelagert sein kann, während das erste Wärmeleitrohr starr und unbeweglich gelagert sein kann. Dazu kann das erste Wärmeleitrohr oder der Grundkörper beispielsweise im Bereich zumindest einer Anschlussöffnung flexibel ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines flexiblen Schlauchs oder Balgs.
Weiterhin kann die Kühlvorrichtung einen Kühlkörper aufweisen, der in thermischem Kontakt mit dem ersten Wärmeleitrohr stehen kann. Beispielsweise weisen das erste Wärmeleitrohr und/oder der Kühlkörper ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit auf. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der Kühlkörper ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen hat. Diesbezüglich kann der Kühlkörper vorzugsweise Rillen, Kühlrippen, Lammellen und/oder Finnen aufweisen. Dadurch kann beispielsweise eine großflächige und effiziente Wärmeabgabe an die Umgebung ermöglicht werden. Weiterhin kann auch ein Wärmeleitrohr eine Wandung mit zumindest einer der genannten Oberflächen vergrößernden Strukturen aufweisen, wodurch ein zusätzlicher Kühlkörper entbehrlich sein kann. Das erste Wärmeleitrohr kann beispielsweise ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufweisen, insbesondere Kupfer oder Aluminium. Eine Oberflächen vergrößernde Struktur, die an der Außenseite und/oder an der Innenseite, also dem Innenvolumen ab- oder zugewandt, angeordnet sein kann, kann beispielsweise durch Kaltwalzen des ersten Wärmeleitrohrs herstellbar sein, wodurch sich niedrige Herstellungskosten und ein geringes Gewicht für das erste Wärmeleitrohr ergeben können.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kühlvorrichtung eine Mehrzahl von Wärmeleitrohren. Das kann bedeuten, dass die Kühlvorrichtung zumindest ein zweites Wärmeleitrohr aufweisen kann. Das zweite Wärmeleitrohr kann dabei eines oder mehrere der im Zusammenhang mit dem ersten Wärmeleitrohr genannten Merkmale aufweisen. Dabei kann der Grundkörper zumindest einen weiteren Kanal mit einer weiteren Austrittsöffnung aufweisen, beispielsweise einen zweiten Kanal mit einer zweiten Austrittsöffnung, an den das zweite Wärmeleitrohr derart angeschlossen ist, dass das Innenvolumen des zweiten Wärmeleitrohrs mit dem weiteren Kanal verbunden ist. Alternativ kann das zweite Wärmeleitrohr zusammen mit dem ersten Wärmeleitrohr beispielsweise an der ersten Austrittsöffnung des zumindest einen ersten Kanals angeschlossen sein.
Der Grundkörper kann im Montagebereich beispielsweise eine Erhebung aufweisen. Das kann bedeuten, dass der Grundkörper außerhalb des Montagebereichs eben ausgebildet ist oder zumindest eine Oberfläche aufweist, aus der die Montagefläche herausragt. Alternativ dazu kann der Montagebereich eine Vertiefung aufweisen, so dass die Montagefläche in einer Öffnung oder Senke des Grundkörpers angeordnet sein kann. Derartige Anordnungen können sich günstig auf die Wärmeleitung von der Wärmequelle auf das Wärmeübertragungsmedium auswirken, da dadurch beispielsweise der zumindest eine erste Kanal im Montagebereich nahe an die Montagefläche herangeführt werden kann oder auch die von der Wärmequelle an den Grundkörper abgegebene Wärme gezielt zum ersten Kanal geleitet werden kann.
Weiterhin kann der Grundkörper beispielsweise ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufweisen oder aus einem solchen sein, beispielsweise ein Metall wie etwa Kupfer oder Aluminium oder eine Kombination oder eine Legierung daraus.
Der Montagebereich kann elektrische und/oder mechanische Anschlüsse beziehungsweise Anschlussmöglichkeiten für die Wärmequelle aufweisen. Mechanische Anschlüsse können beispielsweise Klemmverbindungen, Steckverbindungen, Schrauben, Schraubgewinde, Klebebereiche oder -pads, Lötbereiche oder -pads oder Kombinationen daraus aufweisen. Elektrische Anschlüsse können beispielsweise Wirebond-Pads, Lötpads, Klebepads für elektrisch leitenden Klebstoff, elektrische Steck- oder Klemmverbindungen oder Kombinationen daraus umfassen. Weiterhin können beispielsweise der Montagebereich und insbesondere die Montagefläche dazu geeignet sein, die Wärmequelle mechanisch und damit thermisch an den Grundkörper anzuschließen beziehungsweise anzukoppeln. Ein elektrischer Anschluss der Wärmequelle kann weiterhin beispielsweise durch elektrische Anschlussleitungen, die neben oder um den Montagebereich herum angeordnet sind, ermöglicht werden. Beispielsweise kann auf dem Grundkörper den Montagebereich und die Montagefläche umgebend eine Leiterplatte wie etwa ein so genanntes PCB („printed circuit board") angeordnet sein, das elektrische Zuleitungen und Anschlussmöglichkeiten für die Wärmequelle aufweisen kann.
Eine Beleuchtungseinrichtung gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst insbesondere eine Kühlvorrichtung gemäß zumindest einer der oben genannten Ausführungsformen und eine Wärmequelle, die ein elektronisches Bauelement umfasst. Ein solches elektronisches Bauelement kann insbesondere eine hohe thermische Verlustleistung aufweisen. Beispielsweise kann das elektronische Bauelement eine Leistungselektronik mit hoher Wärmeentwicklung und/oder ein optoelektronisches Bauelement umfassen. Insbesondere kann das elektronische Bauelement ein strahlungsemittierendes Bauelement oder eine Mehrzahl davon umfassen oder sein, wobei das strahlungsemittierende Bauelement beispielsweise eine strahlungsemittierende Halbleiterschichtenfolge aufweisen kann. Ein optoelektronisches Bauelement kann insbesondere eine optoelektronische Leuchtdiode (LED) oder eine Mehrzahl an LEDs, etwa einen so genannten LED-Stack oder ein LED-Array, aufweisen. Gerade bei LEDs kann das Wärmemanagement einen großen Einfluss auf die Photometrie, also die Abstrahlleistung haben, so dass der Einsatz von LEDs in einer Beleuchtungseinrichtung eine effektive Kühlvorrichtung wie die voran gegangen beschriebene erforderlich machen kann. Durch die Kühlvorrichtung kann ein Grundkörper mit geringer Bautiefe ermöglicht werden, bei dem lateral zur Montagefläche, insbesondere wie oben beschrieben über dem Montagebereich, das erste Wärmeleitrohr angeordnet sein kann. Dadurch kann beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung mit effizienter Kühlung und geringer Baugröße bei flexibler Anordnung des ersten Wärmeleitrohrs relativ zum Grundkörper erreicht werden.
Insbesondere können die Kühlvorrichtung oder die Beleuchtungseinrichtung Teil eines Beleuchtungsmoduls in einem Verkehrsmittel, etwa ein Scheinwerfer in einem Automobil, Schienenfahrzeug, Wasserfahrzeug, Fahrrad oder Flugzeug sein. Bei solchen Verkehrsmitteln kann die Einbaulage der Kühlvorrichtung oder der Beleuchtungseinrichtung hinsichtlich der Schwerkraftrichtung klar definiert sein, so dass eine dauerhafte Anordnung des ersten Wärmeleitrohrs über dem Montagebereich des Grundkörpers hinsichtlich der Schwerkraftrichtung wie oben beschrieben sichergestellt werden kann. Dabei kann auch wie oben beschrieben der zumindest einen ersten Kanal vom Montagebereich entgegen der Schwerkraftrichtung zur ersten. Austrittsöffnung reichen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 6B beschriebenen Ausführungsformen.
Es zeigen:
1A und 1B schematische Darstellungen einer Kühlvorrichtung mit einer Wärmequelle gemäß einem Ausführungsbeispiel,
1C eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung mit einer Wärmequelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
2A und 2B schematische Darstellungen einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Darstellung eines Grundkörpers mit einer Wärmequelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung mit einer Wärmequelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
6 eine schematische Darstellung eines Verkehrsmittels mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
In den 1A und 1B ist eine Kühlvorrichtung 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. In der 1B ist die Kühlvorrichtung dabei um 90° um eine vertikale Achse in der Zeichenebene gedreht dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Darstellungen beider Figuren.
Die Kühlvorrichtung 1000 weist einen Grundkörper 1 auf, auf dem eine Wärmequelle 100 angeordnet ist. Die Wärmequelle 100 ist dabei auf einer Montagefläche 11 in einem Montagebereich 12 auf dem Grundkörper 1 montiert. Durch einen formschlüssigen Kontakt zwischen der Wärmequelle 100 und dem Grundkörper 1 kann ein geringer thermischer Widerstand an der Kontakt- beziehungsweise Grenzfläche zwischen der Wärmequelle 100 und dem Grundkörper 1 erreicht werden, so dass über die Montagefläche 11 eine gute thermische Ankopplung der Wärmequelle 100 an den Grundkörper 1 ermöglicht wird. Die Wärmequelle 100 kann dabei eine aktive Wärmequelle wie etwa ein elektronisches Bauelement sein, das im Betrieb Abwärme erzeugt, wobei die Art der Wärmequelle 100 keine Beschränkung der Kühlvorrichtung 1000 oder ihrer Funktionsweise darstellt. Der Grundkörper ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, etwa Aluminium oder Kupfer oder eine Mischung oder Legierung daraus.
Weiterhin weist der Grundkörper 1 einen ersten Kanal 31 auf, der vom Montagebereich 12 in eine erste Austrittsöffnung 41 an einer Oberfläche 13 mündet. Der erste Kanal 31 verläuft von der ersten Austrittsöffnung 41 im Inneren des Grundkörpers 1 und ist daher durch gestrichelte Linien angedeutet. Die Oberfläche 13 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Seitenfläche des Grundkörpers 1, die nicht direkt benachbart zur Montagefläche 11 ist. Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann der erste Kanal 31 je nach Platzbedarf und Einbau- beziehungsweise Verwendungsrichtung der Kühlvorrichtung 1000 in einer anderen Richtung und mit einem anderen Verlauf im Grundkörper 1 ausgeführt werden. Beispielsweise kann der erste Kanal 31 auch in eine erste Austrittsöffnung 41 münden, die an der der Montagefläche 11 abgewandten Rückseite des Grundkörpers 1 oder auch direkt benachbart zur Montagefläche 11 angeordnet ist.
An die erste Austrittsöffnung 41 ist ein erstes Wärmeleitrohr 2 angeschlossen. Das erste Wärmeleitrohr 2 weist dabei eine Wandung auf, die ein Innenvolumen 21 begrenzt und umschließt und ist derart ausgeführt, dass der Grundkörper 1 und das erste Wärmeleitrohr 2 durch den Anschluss aneinander ein durch den ersten Kanal 31 und das Innenvolumen 21 gebildetes abgeschlossenes Volumen aufweisen. Der Anschluss des ersten Wärmeleitrohrs 31 an den Grundkörper kann beispielsweise durch Löten, Anflanschen, Anschrauben oder eine der weiteren im allgemeinen Teil beschriebenen Anschlussmöglichkeiten ausgeführt sein.
In dem durch den ersten Kanal 31 und das Innenvolumen 21 gebildeten abgeschlossenen Volumen befindet sich ein Wärmeübertragungsmedium 5. Das Wärmeübertragungsmedium 5 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel Wasser auf und liegt damit in einem weiten Temperaturbereich als Flüssigkeit vor. Dabei kann der Temperaturbereich durch geeignete Zusätze und beispielsweise eine Anpassung des Innendrucks im Innenvolumen 21 und im ersten Kanal 31 eingestellt werden.
Dadurch, dass der erste Kanal 31 in den Montagebereich 12 reicht, kann Wärme, die von der Wärmequelle 100 auf den Grundkörper 1 übertragen wird, weiter zum ersten Kanal 31 und damit auf des Wärmeübertragungsmedium 5 im ersten Kanal 31 übertragen werden, so dass das Wärmeübertragungsmedium 5 im ersten Kanal 31 zumindest im oder nahe beim Montagebereich 11 erwärmt werden kann. Das Wärmeübertragungsmedium 5 kann im Innenvolumen 21 und dem ersten Kanal 31 zirkulieren, so dass beispielsweise durch eine durch Konvektion oder eine Verdampfung des Wärmeübertragungsmediums 5 hervorgerufene Strömung 901 das erwärmte Wärmeübertragungsmedium 5 in Richtung des ersten Wärmeleitrohrs 2 strömen kann.
Das erste Wärmeleitrohr 5 ist dabei in Kontakt mit einem Wärmereservoir (nicht gezeigt), das vorzugsweise eine geringere Temperatur als der Montagebereich 12 des Grundkörpers aufweist. Das Wärmereservoir kann dabei beispielsweise durch die Umgebungsluft, einen Kühlkörper oder eine aktive Kühlung wie etwa einen Ventilator gebildet sein, wobei die Art des Wärmereservoir nicht einschränkend für die Kühlvorrichtung 1000 oder ihre Funktionsweise zu verstehen ist.
Im ersten Wärmeleitrohr 31 kann das Wärmeübertragungsmedium 5 die im ersten Kanal 31 aufgenommene Wärme wieder abgeben und, wie durch den Pfeil 902 angedeutet, wieder in Richtung des Montagebereichs zurückströmen. Die von der Wärmequelle 100 im Betrieb erzeugte Wärme kann somit aus dem Grundkörper 1 abgeleitet werden. Durch die Zirkulation des Wärmeübertragungsmediums 5, die durch die Aufnahme und Abgabe von Wärme wie oben beschrieben zustande kommt, kann somit eine effektive und Platz sparende Kühlung der Wärmequelle 100 erfolgen. Dadurch, dass das Wärmeübertragungsmedium 5 mittels des ersten Kanals 31 im Grundkörper 1 selbst direkt und ohne weitere dazwischen liegende Bauteile oder Wandungen thermisch an den Montagebereich 12 angekoppelt werden kann, kann eine ausgezeichnete Kühlleistung ermöglicht werden.
Für eine Funktionsweise der Wärmeleitung durch das Wärmeübertragungsmedium 5 beispielsweise gemäß dem Funktionsprinzip einer so genannten „heat pipe" kann das Innenvolumen 21 und/oder der erste Kanal 31 dafür geeignete Strukturen wie etwa Lamellen oder Kapillaren aufweisen, wie im allgemeinen Teil beschrieben ist.
In der 1C ist eine Kühlvorrichtung 1001 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, die als Abwandlung gegenüber dem vorherigen Ausführungsbeispiel zwei Wärmeleitrohre 2, 7 aufweist. Das erste Wärmeleitrohr 2 ist dabei im vorherigen Ausführungsbeispiel an die erste Austrittsöffnung 41 des ersten Kanals 31 angeschlossen.
Weiterhin weist der Grundkörper 1 der Kühlvorrichtung 1001 einen weiteren, zweiten Kanal 32 mit einer Austrittsöffnung 42 auf, an den ein zweites Wärmeleitrohr 7 mit einem Innenvolumen 71 angeschlossen ist. Der zweite Kanal 32 reicht dabei wie der erste Kanal 31 in den Montagebereich 12 des Grundkörpers 1 hinein, wodurch auch für das Wärmeübertragungsmedium 5 im zweiten Kanal 32 und im Innenvolumen 71 des zweiten Wärmeleitrohrs 7 eine effektive thermische Kopplung an die Wärmequelle 100 ermöglicht werden kann. Die beiden Wärmeleitrohre 2 und 7 können dabei nach demselben oder nach verschiedenen Funktionsprinzipien Wärme aus dem Montagebereich 12 an die Umgebung ableiten und für denselben oder verschiedene Temperaturbereiche vorgesehen sein.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind der erste und zweite Kanal 31, 32 voneinander getrennt ausgeführt. Alternativ dazu, insbesondere bei Verwendung desselben Wärmeübertragungsmediums 5 in beiden Kanälen 31, 32 und jeweiligen Wärmeleitrohren 2, 7 können der erste und zweite Kanal 31, 32 im Montagebereich miteinander verbunden sein.
Die Beschreibung der Kühlvorrichtungen der folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt sich auf die Darstellung der jeweiligen Unterschiede zu den schon gezeigten Ausführungsbeispielen.
In den 2A und 2B ist ein Ausführungsbeispiel für eine Beleuchtungseinrichtung 1002 mit einer Kühlvorrichtung in einer Front und einer Seitenansicht gezeigt. Die Kühlvorrichtung der Beleuchtungseinrichtung 1002 umfasst dabei eine Grundkörper 1, der einen als Sockel beziehungsweise Erhebung ausgeführten Montagebereich 12 mit einer Montagefläche 11 aufweist. Der Grundkörper 1 weist einen ersten und einen zweiten Kanal 31, 32 auf, die vom Montagebereich 12 zu einer als Seitenfläche ausgebildeten Oberfläche 13 jeweils in eine erste und zweite Austrittsöffnung 41 und 42 münden und die miteinander verbunden sind. An den Austrittsöffnungen 41 und 42 ist ein erstes Wärmeleitrohr 2 mit einem Innenvolumen 21 angeschlossen, so dass sich durch die Kanäle 31 und 32 und das Innenvolumen 21 ein abgeschlossenes, ringförmiges Volumen bildet, in dem sich ein Wärmeübertragungsmedium 5 befindet. Die Austrittsöffnungen 41, 42 können dabei alternativ auch auf verschiedenen Oberflächen oder Oberflächenbereichen des Grundkörpers 1 angeordnet sein.
Das erste Wärmeleitrohr 2 weist eine Oberflächen vergrößernde Struktur 6 in Form von Kühlrippen auf, die eine Abgabe der Wärme vom ersten Wärmeleitrohr 2 an die Umgebung erleichtern. Die Kühlrippen 6 können dabei auf das erste Wärmeleitrohr 2 montiert sein oder beispielsweise in die Wandung des ersten Wärmeleitrohrs 2 etwa durch ein Kaltwalzverfahren eingeprägt sein. Ein solches Wärmeleitrohr kann niedrige Herstellungskosten und ein geringes Gewicht ermöglichen.
Auf der Montagefläche 11 des Grundkörpers 1 ist ein Leuchtdioden-(LED-)Array 100 montiert, das im Betrieb vom Grundkörper 1 weggerichtet Licht abstrahlen kann und dabei Abwärme erzeugt, so dass das LED-Array 100 im gezeigten Ausführungsbeispiel die Wärmequelle bildet. Die Abwärme kann über den sockelförmigen Montagebereich 12 zum ersten und zweiten Kanal 31, 32 geleitet werden, die an den Montagebereich 12 heranreichen. Durch die Ausführung des Montagebereichs 12 als Sockel beziehungsweise als Erhebung kann erreicht werden, dass sich direkt hinter dem LED-Array 100 der so genannte „hot spot" ausbildet, also der Bereich in der Beleuchtungseinrichtung 1002 mit der höchsten Temperatur während des Betriebs des LED-Arrays 100. Da der erste und zweite Kanal 31, 32 direkt an den Montagebereich 12 heranreichen, kann somit eine wirkungsvolle und effektive thermische Ankopplung des Wärmeübertragungsmediums 5 erreicht werden.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel mit seitlich nach oben verlaufenden zusammenhängenden ersten und zweiten Kanälen 31 und 32 ist besonders für eine Funktionsweise geeignet, bei der das Wärmeübertragungsmedium 5 wie im allgemeinen Teil beschrieben eine Phasenänderung während der Zirkulation vollzieht. Insbesondere bei einer Ausrichtung der Beleuchtungseinrichtung, bei der das erste Wärmeleitrohr 2 wie gezeigt in Schwerkraftrichtung über dem Montagebereich 12 angeordnet ist, kann die Zirkulation des Wärmeübertragungsmediums 5 durch die Einwirkung der Schwerkraft unterstützt werden und so die Wärmeleitung beziehungsweise Kühlleistung der Kühlvorrichtung optimiert werden.
Wie in 6 gezeigt, kann eine derartige Anordnung der Beleuchtungseinrichtung 1002 beispielsweise in einem Verkehrsmittel 500, hier schematisch durch ein Automobil angedeutet, dauerhaft gewährleistet werden. Die Beleuchtungseinrichtung 1002 ist dabei in das Automobil 500 so eingebaut, dass zumindest der erste Kanal 31 und vorzugsweise der erste und zweite Kanal 31, 32 vom Montagebereich 12 entgegen der Schwerkraftrichtung 900 zur ersten Austrittsöffnung 41 beziehungsweise zur ersten und zweiten Austrittsöffnung 41, 42 reicht. Weiterhin kann, wie leicht erkennbar ist, eine geringe Bautiefe und damit ein geringer Platzbedarf für die Beleuchtungseinrichtung 1002 erreicht werden. Speziell die Verwendung eines kaltgewalzten Wärmeleitrohrs ermöglicht eine hohe Variabilität der Form des Wärmeleitrohrs, die eine Anpassung der Kühlvorrichtungsgeometrie an mögliche Bauraumanforderungen einer Beleuchtungseinrichtung ermöglicht. Dies kann insbesondere bei kleinen Herstellungsstückzahlen im Gegensatz zu üblichen Druckguss-Kühlkörpern, die eine aufwändige Werkzeugänderung erfordern, vorteilhaft sein.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Grundkörper 1 für eine Kühlvorrichtung oder Beleuchtungseinrichtung wie etwa aus den vorangegangenen Ausführungsbeispielen gezeigt.
Der Grundkörper 1 ist dabei aus Aluminium gefertigt und ist als flacher Zylinder ausgeführt, der einen Platz sparenden Einbau ermöglicht. Zumindest ein erster Kanal 31 mit einer ersten Austrittsöffnung 41 ist in einer als Zylindermantelfläche ausgeführten Oberfläche 13 vorgesehen. Auf einem Montagebereich 12 ist als Wärmequelle 100 eine LED oder ein LED-Array mit einer darüber angebrachten Linse montiert. Der Montagebereich 12 ermöglicht eine optimale thermische Anbindung der Wärmequelle 100 an den Grundkörper 1. Zum elektrischen Anschluss der LED beziehungsweise des LED-Arrays ist um den Montagebereich 12 eine Leiterplatte 101 angebracht, die elektrische Anschlussmöglichkeiten und Zuleitungen bereitstellt. Durch den derartigen Aufbau wird die Kühlleistung einer Kühlvorrichtung, die mit einem derartigen Grundkörper 1 ausgestattet ist, nicht durch zusätzliche Trägerkörper für die LED oder das LED-Array verringert.
Das Ausführungsbeispiel in 4 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung 1004 mit einer Kühlvorrichtung, bei der der Grundkörper 1 zusätzlich zum ersten und zweiten Kanal 31, 32 einen dritten Kanal 33 aufweist, der vom Montagebereich 12 zu einer dritten Austrittsöffnung 43 in der Oberfläche 13 reicht. Der erste, zweite und dritte Kanal 31, 32, 33 sind dabei im Montagebereich 12 miteinander verbunden. Das erste Wärmeleitrohr 2 ist mit alle drei Austrittsöffnungen 41, 42, 43 angeschlossen, so dass das Innenvolumen 21 des ersten Wärmeleitrohrs 2 mit allen drei Kanälen 31, 32, 33 in der gezeigten Art verbunden ist. Das dadurch gebildete abgeschlossene Volumen ist dabei als zwei ringförmige, aneinander angrenzende und ineinander übergehende ringförmige Volumina ausgebildet.
Eine derartige Ausgestaltung der Kühlvorrichtung ist besonders geeignet für ein Wärmeübertragungsmedium 5, das keinen Phasenwechsel vollzieht sondern beispielsweise immer in flüssiger oder gasförmiger Phase vorliegt. Durch Aufnahme von Wärme im Montagebereich 12 kann das Wärmeübertragungsmedium 5 beispielsweise durch den ersten Kanal 31 durch Konvektion in das erste Wärmeleitrohr 2 gelangen (Pfeil 901) und dort Wärme an das erste Wärmeleitrohr 2 abgeben und in Richtung des zweiten und dritten Kanals 32, 33 strömen (Pfeile 902). Durch den zweiten und dritten Kanal 32, 33 kann das Wärmeübertragungsmedium 5 wieder zurück zum Montagebereich 12 strömen (Pfeile 903) und somit in den Kanälen 31, 32, 33 und dem Innenvolumen 21 zirkulieren.
Durch die Kühlrippen 6 oder alternative oder weitere Oberflächen vergrößernde Strukturen wie im allgemeinen Teil beschrieben kann auch in diesem Ausführungsbeispiel die Abgabe der Wärme vom ersten Wärmeleitrohr 2 an die Umgebung erleichtert und verbessert werden.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Kühlvorrichtung 1005 gezeigt. Die Kühlvorrichtung 1005 weist dabei eine flexible und bewegliche Verbindung 20 des ersten Wärmeleitrohrs 2 am Grundkörper 1 auf, etwa durch einen Schlauch oder einen Metallbalg. Dadurch kann der Grundkörper 1 beispielsweise englang der Schwenkrichtung 910 relativ zum ersten Wärmeleitrohr 2 bewegbar und schwenkbar sein. Damit kann das erste Wärmeleitrohr 2 starr gelagert beziehungsweise befestigt sein, ohne dass die Kühlleistung der Kühlvorrichtung 1005 oder die Beweglichkeit des Grundkörpers 1 verringert beziehungsweise eingeschränkt wird.
In allen gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Kühlvorrichtung oder die Beleuchtungseinrichtung zusätzlich beispielsweise Gehäuse oder Gehäuseteile aufweisen, wobei das oder die Wärmeleitrohre sowohl innerhalb als auch außerhalb eines solchen Gehäuses oder Gehäuseteils angeordnet sein kann, ohne dass die Kühlleistung der Kühlvorrichtung beeinträchtig wird.
Je nach Wärmeleistung der Wärmequelle, also insbesondere je nach Wärmeverlustleistung eines elektronischen Bauelements, das die Wärmequelle bilden kann, können die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kühlvorrichtungen und Beleuchtungseinrichtungen mehr als die gezeigte Anzahl von Wärmeleitrohren umfassen.
Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Wärmeleitrohre können neben der gestreckten oder leicht gebogenen Ausführung beispielsweise auch in mehreren Richtungen gebogen, in sich verdreht oder verwinkelt sein.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle (100), umfassend: – einen Grundkörper (1) mit einer für die Wärmequelle (100) vorgesehenen Montagefläche (11) in einem Montagebereich (12), – zumindest einen ersten Kanal (31) im Grundkörper (1), der vom Montagebereich (12) bis zu einer ersten Austrittsöffnung (41) an einer Oberfläche (13) des Grundkörpers (1) reicht, – ein an die erste Austrittsöffnung (4) des ersten Kanals (3) angeschlossenes erstes Wärmeleitrohr (2), wobei das erste Wärmeleitrohr (2) ein Innenvolumen (21) aufweist, das mit dem ersten Kanal (3) verbunden ist und – ein Wärmeübertragungsmedium (5), das bei Betrieb der Wärmequelle (100) in dem zumindest einen ersten Kanal (3) und dem Innenvolumen (21) des ersten Wärmeleitrohrs (2) zirkulieren kann, so dass von der Wärmequelle (100) im Betrieb erzeugte Wärme aus dem Grundkörper (1) abgeleitet werden kann.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei – der Grundkörper (1) einen zweiten Kanal (32) aufweist, der vom Montagebereich (12) bis zu einer zweiten Austrittsöffnung (42) an einer Oberfläche (13) des Grundkörpers (1) reicht, und – das erste Wärmeleitrohr (2) zusätzlich an der zweiten Austrittsöffnung (42) des zweiten Kanals (32) angeschlossen ist, so dass das Innenvolumen (21) des ersten Wärmeleitrohrs (2) mit dem zweiten Kanal (32) verbunden ist.
Kühlvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei – der erste Kanal (31) und der zweite Kanal (32) im Montagebereich (12) miteinander verbunden sind.
Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – der Grundkörper (1) einen dritten Kanal (33) aufweist, der vom Montagebereich (12) bis zu einer dritten Austrittsöffnung (43) an einer Oberfläche (13) des Grundkörpers (1) reicht und – das erste Wärmeleitrohr (2) zusätzlich an der dritten Austrittsöffnung (43) des dritten Kanals (33) angeschlossen ist, so dass das Innenvolumen (21) des ersten Wärmeleitrohrs (2) mit dem dritten Kanal (33) verbunden ist.
Kühlvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei – der erste, zweite und dritte Kanal (31, 32, 33) im Montagebereich (12) miteinander verbunden sind.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei – das Wärmeübertragungsmedium (5) in flüssiger oder gasförmiger Phase vorliegt und bei Betrieb der Wärmequelle (100) ohne Phasenübergang in dem zumindest einen ersten Kanal (31) und dem Innenvolumen (21) zirkulieren kann.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei – das Wärmeübertragungsmedium (5) während der Zirkulation in dem zumindest einen ersten Kanal (31) und dem Innenvolumen (21) des ersten Wärmeleitrohrs (2) zumindest einen Phasenübergang vollzieht.
Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – das Wärmeleitrohr (2) an den Grundkörper (1) zumindest mittels einer der folgenden Befestigungsarten angeschlossen ist: Schrauben, Stecken, Klemmen, Flanschen, Löten, Schweißen, Kleben.
Kühlvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei – das Wärmeleitrohr (2) mit einer lösbaren Befestigungsart an den Grundkörper (1) angeschlossen ist.
Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – der Grundkörper (1) gegenüber dem ersten Wärmeleitrohr (2) bewegbar ist.
Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – das Wärmeleitrohr (2) zumindest eine der folgenden Oberflächen vergrößernde Strukturen (6) aufweist: Lamellen, Kühlrippen, Finnen, Rillen.
Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – das Wärmeübertragungsmedium (5) zumindest eines aus einer Gruppe aufweist und die Gruppe umfasst: Ethan, Propan, Butan, Pentan, Propen, Methylamin, Ammoniak, Methanol, Ethanol, Methylbenzen, Aceton, Kohlendioxid und Wasser.
Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – der Grundkörper (1) zumindest einen weiteren Kanal (32) aufweist, der vom Montagebereich (12) bis zu einer weiteren Austrittsöffnung (42) an einer Oberfläche (13) des Grundkörpers (1) reicht und – ein zweites Wärmeleitrohr (7) zusätzlich an der weiteren Austrittsöffnung (42) des weiteren Kanals (32) angeschlossen ist, so dass ein Innenvolumen (71) des zweiten Wärmeleitrohrs (7) mit dem weiteren Kanal (32) verbunden ist.
Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – der Grundkörper (1) im Montagebereich (12) eine Erhebung oder eine Vertiefung umfasst.
Beleuchtungseinrichtung, umfassend: – einen Kühlkörper gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei – die Wärmequelle (100) ein elektronisches Bauelement umfasst.
Beleuchtungseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei – das elektronische Bauelement ein strahlungsemittierendes Bauelement ist.
Beleuchtungseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei – das strahlungsemittierende Bauelement eine Leuchtdiode umfasst.
Verkehrsmittel, umfassend: – eine Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder eine Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, wobei – die Kühlvorrichtung oder die Beleuchtungseinrichtung derart in das Verkehrsmittel (500) eingebaut ist, dass der zumindest eine erste Kanal (31) vom Montagebereich (12) entgegen der Schwerkraftrichtung (900) zur ersten Austrittsöffnung (41) reicht.