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Die
Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung
für elektrische
oder elektronische Geräte
mit mindestens einem Kühlelement
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Kühleinrichtungen
der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie werden insbesondere
in Zusammenhang mit Laptops oder Tablet-PC's
eingesetzt, also insbesondere mit elektrischen oder elektronischen
Geräten,
bei denen Wärme
innerhalb eines kleinen Bauraums entsteht, die zur Wahrung der Funktion
des Geräts
abgeführt
werden muss. In vielen Fällen
ist die Kühlleistung
bekannter Kühleinrichtungen
nicht ausreichend, sodass die Leistungsfähigkeit des elektrischen oder
elektronischen Geräts
begrenzt werden muss, um dessen thermische Belastung und damit Funktionsanfälligkeit
zu reduzieren.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Kühleinrichtung
der hier angesprochenen Art zu schaffen, die diese Nachteile nicht
aufweist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird eine Kühleinrichtung
vorgeschlagen, welche die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.
Sie umfasst ein Kühlelement
mit einem Grundkörper,
von dem wenigstens zwei Kühlrippen
ausgehen, die der Abstrahlung von Wärme dienen. Die Kühleinrichtung
zeichnet sich durch eine Abdeckung aus, die zumindest auf den wenigstens
zwei Kühlrippen
aufliegt. Dadurch wird zwischen der Abdeckung, den Kühlrippen
und dem Grundkörper
des Kühlelements
ein Kühlkanal gebildet,
der von einen Kühlmedium
aufgrund von Temperaturunterschieden innerhalb des Kühlkanals durchströmt wird,
wobei ein Einlass und ein Auslass des Kühlkanals gebildet werden. Durch
die Ausbildung eines Kühlkanals
wird die Wärmeabfuhr über das
Kühlelement
verstärkt,
sodass das elektrische oder elektronische Gerät eine höhere Leistung aufweisen kann,
ohne das es zu Funktionsstörungen oder
auch nur einer Gefährdung
der Funktion kommt. Falls unter besonderen Umständen eine Strömung des
Kühlmediums
nicht ohne Weiteres, also durch Thermik, entstehen kann, ist es
möglich,
einen Lüfter einzusetzen,
der Luft durch den Kühlkanal
führt und damit
eine optimale Wärmeabfuhr über das
Kühlelement
gewährleistet,
auch in diesem Fall ist die Kühlleistung
durch die Ausbildung eines Kühlkanals
unterhalb der Abdeckung verbessert.
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Bevorzugt
wird ein Ausführungsbeispiel
der Kühleinrichtung,
das mehrere in einem Abstand zueinander angeordnete Kühlrippen
aufweist, sodass mehrere Kühlkanäle gebildet
werden. Die Anzahl der Kühlkanäle kann
an die im Gerät
anfallende Wärme angepasst
werden, sodass die Kühleinrichtung
flexibel einsetzbar ist.
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Besonders
bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel
der Kühleinrichtung,
das sich dadurch auszeichnet, dass alle Kühlrippen die gleiche, vom Grundkörper aus
gemessene, Höhe
aufweisen und die Abdeckung berühren.
Dadurch entsteht eine Vielzahl von Einzelkanälen und eine Vergrößerung der Oberfläche des
Kühlelements,
wodurch eine erhöhte Wärmeabfuhr
beziehungsweise Kühlleistung
sichergestellt ist.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist vorgesehen, dass die Kühlrippen einstückig mit
dem Grundkörper
ausgebildet sind. Dies erlaubt eine sehr einfache Herstellung des
Kühlelements,
insbesondere im Wege eines Druckgussverfahrens.
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Bevorzugt
wird überdies
ein Ausführungsbeispiel
der Kühleinrichtung,
das sich dadurch auszeichnet, dass der Grundkörper des Kühlelements als Platte ausgebildet
ist, von der die Kühlrippen
auf einer Seite entspringen, während
die andere gegenüberliegende
Seite geschlossen ist. Dies führt
zu einer sehr kompakten Bauform des Kühlelements.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist vorgesehen, dass die den Kühlrippen
gegenüberliegende
Seite des Grundkörpers
Vorsprünge
zur Befestigung von elektrischen oder elektronischen Bauteilen aufweist.
Diese können
vorzugsweise über
eine Wärmeleitpaste
thermisch mit dem Vorsprung gekoppelt werden, sodass die Wärme der
Bauteile von dem Kühlelement
optimal abgeführt
wird.
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Ein
besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kühleinrichtung
zeichnet sich dadurch aus, dass es an der Unterseite des Geräts angeordnet
ist, also unmittelbar im Bereich der Wärme abgebenden Bauteile.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist die Kühleinrichtung
einen Kamin auf, also einen Bereich, über den das in dem mindesten
einen Kühlkanal
vorhandene Kühlmedium
abströmen
kann. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kamin mehr oder
weniger senkrecht angeordnet ist, um die warme Luft aufsteigen zu
lassen und damit einen Unterdruck zu erzeugen, der kühle Luft
nachsaugt.
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Besonders
bevorzugt ist ein Ausführungsbeispiel
der Kühleinrichtung,
das sich dadurch auszeichnet, dass der Einlass des mindestens einen
Kühlkanals
tiefer liegt als dessen Auslass. Durch die Schrägstellung des mindestens einen
Kühlkanals wird
erreicht, dass allein aufgrund der Temperaturunterschiede innerhalb
des Kühlkanals
eine Bewegung des Kühlmediums
erreicht wird, eine Konvektion, die die Kühlleistung der Kühleinrichtung
erhöht.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Kühleinrichtung
ist vorgesehen, dass das Kühlelement
aus wärmeleitfähigem Material,
vorzugsweise aus Aluminium, besteht und im Druckgussverfahren, also
besonders günstig,
hergestellt ist.
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Besonders
bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel
der Kühleinrichtung,
bei dem der Grundkörper
an die Platzverhältnisse
im Gerät
angepasst ist. Er ragt also mehr oder weniger weit in den Innenraum des
Geräts
hinein, um möglichst
nahe an Wärme
produzierenden Bauteilen angeordnet zu sein. Dabei kann die Wärmeübertragung,
wie gesagt, über
eine Wärmeleitpaste
oder aber über
Konvektion oder Wärmestrahlung
auf den Grundkörper übertragen werden.
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Bei
einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zwischen
Grundkörper
des Kühlelements
und der Abdeckung der Kühlkanäle mindestens
ein Lüfter
vorgesehen, der die Luftzirkulation und damit den Wärmeabtransport
erhöht.
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Weitere
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze einer Kühleinrichtung
in Seitenansicht;
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2 eine
Prinzipskizze der Kühleinrichtung gemäß 1 in
Unteransicht mit zum Teil entfernter Abdeckung;
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3 eine
Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels
einer Kühleinrichtung
mit einem Lüfter
und
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4 einen
Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel
eines Geräts
mit einer Kühleinrichtung ähnlich 3.
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1 gibt
eine Prinzipskizze einer Kühleinrichtung 1 wieder.
Ein zugehöriges
elektrisches oder elektronisches Gerät 3 ist lediglich
durch ein Rechteck angedeutet.
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Die
Kühleinrichtung 1 weist
ein Kühlelement 5 mit
einem Grundkörper 7 auf,
von dem mindestens zwei Kühlrippen 9 ausgehen,
von denen eine erste im Schnitt dargestellt ist.
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Auf
der dem Grundkörper 5 abgewandten Seite
der Kühlrippen 9 ist
eine Abdeckung 11 vorgesehen, die zumindest auf den wenigstens
zwei Kühlrippen 9 aufliegt,
sodass zwischen diesen, der Abdeckung 11 und dem Grundkörper 7 wenigstens
ein Kühlkanal 13 gebildet
wird, der – in 1 links – einen
Einlass 15 und auf seiner gegenüberliegenden Seite einen Auslass 17 umfasst.
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Die
Kühlrippen 9 sind
vorzugsweise einstückig
mit dem Grundkörper 7 ausgebildet.
Dies ermöglicht
die Herstellung des Grundkörpers 7 in
einem Druckgussverfahren, also auf relativ preisgünstige Weise.
Denkbar ist es aber auch, die Kühlrippen 9 am Grundkörper 7 zu
befestigen, mittels geeigneter Temperatur leitender Kleber oder
durch Löten.
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1 zeigt,
dass der Grundkörper 7 als
Platte ausgebildet ist, von der die Kühlrippen 9 entspringen.
Hier ist vorgesehen, dass die Kühlrippen 9 auf der
Unterseite des Grundkörpers 7 angeordnet
sind, also vorzugsweise auf einer Seite desselben entspringen.
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Der
Grundkörper 7 selbst
ist in sich geschlossen, zumindest auf der den Kühlrippen 9 abgewandten
Seite, die dem Gerät 3 zugewandt
ist. Es ist damit möglich,
die Unterseite 18 des Geräts 3 dicht abzuschließen. Das
Gehäuse
des Geräts 3 braucht hier
also keine Abschlusswand aufzuweisen. Diese Ausgestaltung hat den
Vorteil, dass der Innenraum des Geräts 3 mit der Umgebung
nicht in Verbindung steht, dass also Staub nicht in das Gerät 3 eindringen kann.
Auch können
Gase, insbesondere explosionsfähige
Gase nicht in das Innere des Geräts 3 eindringen,
wo unter Umständen
elektrische Funken entstehen könnten.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Kühleinrichtung 1 ist
vorgesehen, dass diese einen Kamin 19 umfasst, also einen
von einem Kühlmedium
durchströmten
Bereich, der nicht horizontal verläuft, sondern unter einem vorzugsweise stumpfen
Winkel gegenüber
dem übrigen
Bereich des Kühlelements 5.
Hier ist dargestellt, dass der Kamin 19 gegenüber dem
Grundkörper 7 unter
einem Winkel von 90° verläuft, hier
also im Wesentlichen senkrecht. In diesem Bereich steigt die durch
Wärme abgebende
Bauteile des Geräts 3 erwärmte Luft
nach oben und tritt durch den hier am Ende des Kamins 19 liegenden
Auslass 17 des mindestens einen Kühlkanals 13 aus. Es
wird damit das Kühlmedium,
vorzugweise Luft, durch den Einlass 15 angesaugt und strömt zwischen
dem Grundkörper 7 und
der Abdeckung 11 entlang des mindestens einen Kühlkanals 13 und führt damit
von dem Gerät 3 an
die Kühleinrichtung 1 abgegebene
Wärme ab.
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Der
Kamin 19 kann Teil des Kühlelements 5 sein
und dadurch ausgebildet werden, dass sich dieses nicht nur über die
Unterseite 18 des Geräts 3 erstreckt,
sondern über
diese hinaus und über
mindestens einen Teil einer Seitenwand 21 des Geräts 3. Dabei
kann das Kühlelement 5 so
ausgebildet werden, dass sich dessen Grundkörper 7 nicht nur über die
Unterseite 18 des Geräts 3 erstreckt,
sondern auch über
zumindest einen Teil von dessen Seitenwand 21. Damit kann
der Grundkörper 7 im
Bereich der Seitenwand 21 ebenfalls einen dichten Abschluss
des Innenraums des Geräts 3 bilden,
wenn die Seitenwand 21 selbst keinen Abschluss bildet.
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Denkbar
ist es aber auch, dass die mindestens zwei Kühlrippen 9 des Kühlelements 5 entlang der
Unterseite 18 des Geräts 3 verlaufen,
gemeinsam mit dem Grundkörper 7,
wie in 1 dargestellt, sich aber im Bereich der Seitenwand 21 nach
oben erstrecken, ohne das hier der Grundköper 7 vorhanden wäre. Diese
Ausgestaltungsform ist aus 1 ersichtlich.
Die mindestens zwei Kühlrippen 9 stehen also
auch im Bereich des Kamins 19 mit dem im Kühlkanal 13 strömenden Kühlmedium
in Kontakt und können
Wärme an
dieses abgeben.
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Zur
Ausbildung des Kamins 19 verläuft die Abdeckung 11 bei
diesem Ausführungsbeispiel
nicht nur entlang der Unterseite des Kühlelements 5 sondern
auch unter einem Winkel nach oben, hier 90° gegenüber der Unterseite des Kühlelements 5 auf der
dem Gerät 3 abgewandten
Seite der Kühlrippen 9,
sodass zwischen der Seitenwand 21 des Geräts 3 und
der Abdeckung 11 ein Bereich des Kühlkanals gebildet wird, der
als Kamin 19 wirkt.
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Schließlich ist
es aber auch möglich,
das Kühlelement 5 ausschließlich auf
der Unterseite 18 des Geräts 3 vorzusehen und
auf der Außenseite
der Seitenfläche 21 Vorsprünge auszubilden,
die einen Raum umschließen,
in den der Auslass 17 des Kühlelements 5 mündet und
aus dem die aus dem Auslass 17 austretende Luft nach oben
entweichen kann. Damit ist es also möglich, den Kamin 19 auch
mit Hilfe von Teilen des Gehäuses
des Geräts 3 auszubilden,
wobei der von diesen Teilen umschlossene Raum nicht mit dem Inneren
des Geräts 3 in
Verbindung stehen sollte, um dieses dicht abschließen zu können.
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In 1 ist
auf der den Kühlrippen 9 gegenüberliegenden
Seite des Grundkörpers 7 ein
gestrichelt angedeuteter Vorsprung 23 vorgesehen, welcher
in das Innere des Geräts 3 ragt.
Dieser Vorsprung ist so angeordnet und ausgebildet, dass er möglichst
nah an ein elektrisches/elektronisches Bauteil 25 reicht
und die dort entstehende Wärme
abführt.
Bevorzugt werden derartige Vorsprünge 23 im Bereich
von Bauteilen 25 angeordnet, die besonders viel Wärme abgeben,
also beispielsweise in der Nähe der
CPU oder north bridge eines Computers, insbesondere eines Laptops
oder Tablet PCs.
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Denkbar
ist es aber auch, dass der Vorsprung 23 der Befestigung
von elektrischen/elektronischen Bauteilen 25 dient. Es
ist möglich,
diese Bauteile 25 unmittelbar auf die Oberseite 27 des
Kühlelements 5 aufzubringen.
Um aber die Anordnung der Bauteile 25 innerhalb des Geräts 3 frei
wählen
zu können,
können
eine oder mehrere Vorsprünge 23 vorgesehen
werden, die in das Innere des Geräts 3 hin einragen und
der Befestigung von Bauteilen 25 dienen. Vorzugsweise wird
zwischen der Auflagefläche
des Vorsprungs 23 und dem Bauteil 25 eine Wärmeleitpaste
vorgesehen, um die Wärmeübertragung von
dem Bauteil 25 auf den Vorsprung 23 und damit auf
das Kühlelement 5 zu
optimieren.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kühlelement 5 beziehungsweise
dessen Grundkörper 7 im
Bereich der Unterseite 18 des Geräts 3 grundsätzlich eben
ausgebildet. Es ist aber möglich,
den Grundkörper 7 selbst
zu konturieren und mehr oder weniger weit in das Innere des Geräts 3 vorspringen
zu lassen, um die Wärme
von Bauteilen 25 innerhalb des Geräts 3 im Wege von Konvektion
und Wärmestrahlung
oder aber durch direkte Montage von Bauteilen 25 auf der
dann gewölbt
ausgebildeten Oberseite 27 des Grundkörpers 7 abzuführen.
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Besonders
bevorzugt werden Wärme
abgebende Bauteile 25 des Geräts 3 in der Nähe des Auslasses 17 angeordnet,
vorzugsweise im letzten Drittel des Kühlkanals. Besonders bevorzugt
werden gerade die viel Wärme
abgebenden Bauteile 25 in diesem Abschnitt des Kühlkanals 13 angeordnet.
Dies dient dazu eine optimale Anregung einer Kühlmedium-Strömung im
mindestens einen Kühlkanal 13 zu induzieren.
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Aus 1 ist
ersichtlich, dass die Unterseite des Kühlelements 5 auf der
die Abdeckung 11 angebracht ist, eben ausgebildet ist.
Diese Ausgestaltung wird auch dann bevorzugt, wenn der Grundkörper 7 mehr
oder weniger weit in das Innere des Geräts 3 vorspringt, um
möglichst
nahe and wärmeabgebende Bauteile
heranzureichen. Im Bereich derartiger Bauteile sind damit besonders
hohe Kühlrippen gegeben, die
also von dem in das Innere des Geräts 3 vorspringenden
Grundkörper 7 bis
zur Unterseite des Kühlelements 5 reichen,
sodass sich hier eine besonders große Wärmeabgabefläche ergibt und besonders viel Wärme an den
mindestens einen Kühlkanal 13 abgegeben
werden kann. Außerdem
werden durch diese Ausgestaltung, also durch die glatte Außenseite
der Abdeckung, die optischen Eigenschaften des Kühlelements 5 in Verbindung
mit dem Gerät 3 optimiert.
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In 1 ist
das Kühlelement 5 gemeinsam mit
dem Gerät 3 im
Wesentlichen horizontal dargestellt. Vorzugsweise ist aber vorgesehen,
dass der Einlass 15 des mindestens einen Kühlkanals 13 tiefer liegt
als dessen Auslass 17. Der Grundkörper 7 des Kühlelements 5 verläuft also
gegenüber
einer gedachten horizontalen Ebene unter einem spitzen Winkel, sodass
der Auslass 17 des Kühlkanals 13 auch
dann höher
liegt als der Einlass 15, wenn auf einen Kamin 19 verzichtet
wird.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen,
dass sich das Kühlelement 5 über die
gesamte Unterseite 18 des Geräts 3 erstreckt, insbesondere
dessen Grundköper 7.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kühlrippen 9 sich nicht über die
gesamte Unterseite 18 erstrecken, vielmehr in einem Abstand
zur hier linken Seite 29 des Geräts 3 enden. Dieser
Abstand wird vorzugsweise so gewählt,
dass wenn das Gerät 3 mit
der Hand erfasst und senkrecht getragen wird, wobei die linke Seite 29 unten
ist, die Finger eines Benutzers nicht ohne Weiteres den Einlass 15 des
mindestens einen Kühlkanals 13 abdecken.
Wird also das Gerät 3 in eingeschaltetem
Zustand oder mit noch warmen Bauteilen 25 getragen, sodass
weiter Wärme
entwickelt wird, kann das Kühlmedium
weiter durch den mindestens einen Kühlkanal 13 strömen und
in den Einlass 15 eintreten.
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Denkbar
ist es auch, den Grundkörper 7 über die
Unterseite 18 des Geräts 3 hinaus
nach links über die
linke Seite 29 herum zu ziehen, sodass zumindest Kühlrippen 9 sich
wenigstens über
einen Teil der Höhe
der linken Seite 29 erstrecken, wie dies im Bereich der
Seitenwand 21 vorgesehen ist. Vorzugsweise ist in diesem
Fall vorgesehen, dass die Abdeckung 11 in einem Abstand
zur linken Seite 29 endet oder zumindest unterbrochen ist,
um einen Einlass 15 zu realisieren, der in einem Abstand
zur linken Seite 29 liegt und über den Luft auch dann eintreten kann,
wenn ein Benutzer das Gerät 3 so
trägt,
dass die in 1 linke Seite 29 unten
liegt und das Gerät 3 gegenüber der
Darstellung in 1 um 90° gegen den Uhrzeigersinn verkippt
ist.
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Wird
bei einer derartigen Ausgestaltung die Abdeckung 11 unterbrochen,
während
sich die Kühlrippen 9 weiter
nach links über
die Unterseite 18 des Geräts 3 und über dessen
linke Seite 29 erstrecken, so wird vorzugsweise der links
vom Einlass 15 liegende Bereich zwischen Kühlrippen 9 abgeschlossen,
sodass durch den Einlass 15 einströmende Luft ausschließlich – in 1 nach
rechts – zum
Auslass 17 strömen
kann und eine optimale Kühlung
gewährleistet
ist.
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Aus 1 ist
ersichtlich, dass sich die Abdeckung 11 vollständig über die
dem Gerät 3 abgewandte
Seite des Kühlelements 5 erstreckt.
Da diese aus thermisch isolierendem Material, beispielsweise Kunststoff,
glasfaserverstärktem
Kunststoff und/oder Gummi besteht, ergibt sich eine außen liegende
Wärmeisolierung,
durch wel che die Berührungswärme am Gerät selbst
abnimmt, ohne dass eine Überhitzung
des Geräts
zu befürchten
wäre.
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2 zeigt
eine Prinzipskizze der in 1 dargestellten
Kühleinrichtung 1 in
Unteransicht. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, sodass
insofern auf die Beschreibung zu 1 verwiesen
wird.
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2 zeigt,
dass die Kühleinrichtung 1 sich über einen
wesentlichen Teil der Unterseite 18 eines Geräts 3 erstreckt.
In 2 ist das Kühlelement 5 in Draufsicht
wiedergegeben. Durch parallele Striche ist angedeutet, dass die
dem Betrachter zugewandte Seite des Kühlelements 5 eine
Vielzahl von Kühlrippen 9 aufweist,
zwischen denen Vertiefungen 31 liegen. Die Kühlrippen 9 und
Vertiefungen 31 erstrecken sich von links nach rechts über die
Unterseite 18 des Geräts 3,
wobei aus 2 deutlich wird, dass das Kühlelement 5 rechts über die
Unterseite 18 des Geräts 3 vorspringt.
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Die
Anzahl der Kühlrippen 9 und
Vertiefungen 31 wird vorzugsweise an die Größe des Geräts 3 und
an die erforderliche Wärmeabfuhr
angepasst.
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Das
Kühlelement 5 ist,
wie anhand von 1 erläutert, von einer Abdeckung 11 bedeckt,
die hier zum Teil entfernt wurde, um die Kühlrippen 9 und die
Vertiefungen 31 zu zeigen. Deutlich wird, dass sich die
Abdeckung 11 bis zum rechten Rand des Kühlelements 5 erstreckt,
aber nicht ganz bis zur linken Seite 29 des Geräts 3,
vielmehr in einem Abstand dazu endet.
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In 1 wurde
davon ausgegangen, dass die Kühlrippen 9 ebenfalls
in einem Abstand zur linken Seite 29 enden. In 2 ist
ledig lich beispielhaft angedeutet, dass die Kühlrippen 9 auch ganz
zur linken Seite 29 des Geräts 3 fortgeführt werden
können.
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Weist
das Kühlelement 5 lediglich
zwei Kühlrippen 9 auf,
so liegt die Abdeckung 11 auf den dem Grundkörper 7 des
Kühlelements 5 abgewandten Ende
der beiden Kühlrippen 9 auf,
um einen zwischen den beiden Kühlrippen 9,
der Abdeckung 11 und dem Grundkörper 7 verlaufenden
Kühlkanal 13 zu
bilden.
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Da
das Kühlelement 5 sich
vorzugsweise über
einen Bereich des Geräts 3,
insbesondere über wesentliche
Bereiche seiner Unterseite 18, erstreckt, sind sinnvollerweise
mehrere, insbesondere mehr als zwei Kühlrippen vorgesehen, deren
Enden an der Abdeckung 11 anliegen, sodass mehrere Kühlkanäle 13 nebeneinander
ausgebildet werden.
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Die
vom Grundkörper 7 ausgemessene Höhe der Kühlrippen 9 muss
nicht überall
gleich sein. Es ist denkbar, dass zwischen zwei gleich hohen Kühlrippen,
die an der Abdeckung 11 dichtend anliegen, mindestens eine
Kühlrippe
mit geringerer Höhe liegt,
die die Wärmeabstrahlfläche des
Kühlelements 5 innerhalb
des Kühlkanals
vergrößert. Im Übrigen ist es
möglich,
vom Grundkörper 7 oder
von mindestens einer Kühlrippe 9 ausgehende
Vorsprünge
vorzusehen, die in einen zugehörigen
Kühlkanal
ragen und dazu dienen, die Wärmeabstrahlfläche des
Kühlelements 5 zu
erhöhen.
Dabei können
die Vorsprünge, die
in den Figuren nicht dargestellt sind, einstückig mit dem Grundkörper oder
den Kühlrippen
ausgebildet sein. Denkbar ist es aber auch, diese auf den Grundkörper 7 beziehungsweise
die mindestens eine Kühlrippe 9 aufzukleben
oder dort anzulöten.
Die Oberfläche
der Vorsprünge
kann im Wesentlichen zylindrisch aber auch beliebig gewählt werden,
um eine besonders große
Wärmeabstrahlfläche zu realisieren.
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In 2 ist
angedeutet, dass die Kühlrippen 9 und
Vertiefungen 31 mit konstanter Breite von links nach rechts über die
Unterseite 18 des Geräts 3 verlaufen.
Denkbar ist es aber auch, Höhe
und Querschnitt der Kühlrippen 9 sowie
die Tiefe und den Querschnitt der Vertiefungen 31 über deren
Verlauf, schließlich
auch Größe und Querschnittsform
des Einlasses 15 sowie des Auslasses 12 zu variieren und
damit auch an die Wärmeeinleitung
in das Kühlelement 5 anzupassen.
Es ist also möglich,
speziell ausgestaltete Kühlrippen 9 und
Vertiefungen 31 dort vorzusehen, wo besonders viel Wärme in das
Kühlelement 5 eingeleitet
wird.
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Besonders
bewährt
haben sich Kühlrippen 9, die
einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und relativ schmal ausgebildet
sind, also, gemessen vom Grundkörper 7 aus,
höher sind
als breit.
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Wird,
wie anhand der Erläuterungen
zu 1 erwähnt,
das Kühlelement 5 gegenüber einer horizontalen
Ebene geneigt angeordnet, so entsteht allein aufgrund der thermischen
Einflüsse
bei Einleitung von Wärme
in das Kühlelement 5 eine
Strömung des
Kühlmediums
innerhalb des mindestens einen Kühlkanals 13.
Diese wird noch dadurch verstärkt, wenn
ein Kamin 19 vorgesehen ist.
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Um
beispielsweise bei Spitzenbelastung – sei es durch besonders warme
Bauteile 25 oder durch hohe Umgebungstemperaturen – die Kühlleistung
des Kühlelements 5 zu
erhöhen,
kann mindestens ein Lüfter 33 vorgesehen
werden, der einen, wie durch die Pfeile 35 und 37 angedeutet,
von links nach rechts durch das Kühlelement 5 verlaufenden
Kühlmediumstrom
bewirkt. Vorzugsweise ist der Lüfter 33 so
ausgelegt, dass er zwischen dem Grundkörper 7 und der Abdeckung 11 angeordnet
werden kann. Bei einem geringen Abstand zwischen Grundkörper 7 und
Abdeckung 11 haben sich besonders Radiallüfter bewährt, die
sehr flach aufgebaut sein können.
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Der
durch den Lüfter 33 induzierte
Kühlmediumstrom
kann vollständig
zwischen dem Grundkörper 3 und
der Abdeckung 11 innerhalb der Kühlkanäle 13 verlaufen, die
im Bereich des Lüfters 33 liegen. Denkbar
ist es aber auch, die Abdeckung 11 im Bereich des Lüfters 33 mit Öffnungen
zu versehen, über die
Luft angesaugt und in Richtung des Pfeils 37 gefördert wird.
Die angesaugte Luft verläuft
dabei im Wesentlichen senkrecht zur Bildebene von 2. Die
in Richtung des Pfeils 37 geförderte Luft sorgt dafür, dass
gemäß dem Pfeil 35 Luft
durch den Einlass 15 angesaugt wird.
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In
der Prinzipskizze gemäß 2 verlaufen die
Kühlrippen 9 und
Vertiefungen 31 auch im Bereich des Lüfters parallel zueinander.
Es ist aber bevorzugt vorgesehen, im Einlassbereich des Lüfters 33 die
Kühlkanäle, also
die Kühlrippen 9 und
die Vertiefungen 31 konvergierend zusammenlaufen zu lassen.
Auch ist es bevorzugt vorgesehen, auf der Auslassseite des Lüfters 33 die
Kühlkanäle 13,
also die Kühlrippen 9 und
die Vertiefungen 31 in Richtung des Pfeils 37 divergierend
auszubilden, sodass sich also die Breite der Kühlkanäle 13 ausgehend vom
Lüfter 33 erhöht. Die
Anzahl der Lüfter 33 kann
an den Wärmeanfall
angepasst werden, ebenso deren Anordnung auf der Unterseite 18 des
Geräts 3.
Insbesondere ist es möglich,
Lüfter 33 dort
vorzusehen, wo der Grundkörper 7 in
das Innere des Geräts 3 vorspringen
kann, sodass unterhalb der Abdeckung 11 ein größerer Freiraum
entsteht.
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Als
besonders günstig
hat sich Folgendes herausgestellt: Im Gerät 3 ist vorzugsweise
eine Leiterplatte vorgesehen, auf der elektrische/elektronische
Bauteile 25 angebracht sind. Diese weisen unterschiedliche
Bauhöhen
auf. Ihre der Leiterplatte abgewandte Oberseite ist damit in einem
mehr oder weniger großen
Abstand zum Grundkörper 7 des
Kühlelements 5 angeordnet.
Dabei sind diskrete Bauteile, Kondensatoren, Widerstände, Relais
oder dergleichen, höher
ausgebildet als integrierte Bauteile. Dabei ist es in der Regel
so, dass die integrierten Bauteile, die CPU, die north bridge oder ähnliche
integrierte Bauteile, eine geringe Bauhöhe aufweisen als die diskreten
Bauteile. Es ergibt sich damit ein größerer Freiraum zwischen dem
Grundkörper 7 und
diesen besonders viel Wärme
abgebenden integrierten Bauteilen. Lüfter 33 werden bevorzugt
gerade in diesem Freiraum untergebracht, wo eben besonders viel
Wärme anfällt. Es
ergibt sich damit die Möglichkeit,
Lüfter 33 gerade
im Bereich besonders viel Wärme
abgebender integrierter Bauteile anzuordnen und gezielt die hier
entstehende Wärme
abzutransportieren. Auch ist es umgekehrt möglich, derartige Wärme abgebende
integrierte Bauteile gerade dort auf einer Leiterplatte vorzusehen,
wo Lüfter 33 angeordnet werden
können
oder bevorzugt angeordnet werden, nämlich nahe dem Kamin 19.
Es ist also relativ einfach möglich,
die in einem Gerät 3 entstehende
Wärme optimal
abzuführen
und eine besonders gute Kühlung
zu realisieren.
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In 2 ist
angedeutet, dass sich die Kühlrippen 9 über die
gesamte Länge
der Kühlkanäle 13 erstrecken.
Denkbar ist es aber auch, dass wenigstens einige der Kühlrippen 9 unterbrochen
sind und aus einzelnen Stegen gebildet werden, die von dem Kühlmedium
umspült
werden. Auf diese Weise kann innerhalb eines Kühlkanals 13 die Wärmeabgabefläche vergrößert werden,
wie dies anhand der Vorsprünge
oben erläutert
wurde.
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Aus
den Erläuterungen
wird deutlich, dass der Grundkörper 7 und
die Kühlrippen 9 vorzugsweise
ein wärmeleitfähiges Material,
insbesondere Aluminium, umfassen. Besonders bevorzugt werden der Grundkörper 7 und
die Kühlrippen 9 ganz
aus einem derartigen wärmeleitfähigen Material
hergestellt, wobei sich Druckgussverfahren bei der Herstellung besonders
bewährt
haben. Denkbar ist es aber auch, die Vertiefungen 31 im
spanenden Verfahren oder mit Hilfe von Laser- oder Drahterosionstechnik
herzustellen. Besonders kostengünstig
ist jedoch das Druckgussverfahren.
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Die
Abdeckung 11 umfasst vorzugsweise thermisch isolierendes
Material. Sie besteht vorzugsweise aus derartigen Materialien. Denkbar
ist es aber auch, unmittelbar auf den Grundkörper beziehungsweise die Enden
der Kühlrippen 9 ein
dünnes
Aluminiumblech aufzubringen und dieses mit einem thermisch isolierenden
Material zu versehen, insbesondere zu beschichten. Besonders bevorzugt
wird jedoch eine Ausgestaltung der Kühleinrichtung 1, bei der
die Abdeckung 11 selbst aus thermisch isolierendem Material,
insbesondere Kunststoff besteht, weil sich so eine sehr kompakte
Bauform ergibt.
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3 zeigt
eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels
einer Kühleinrichtung 1,
die mit mindestens einem Lüfter 33 versehen
ist. Die Darstellung zeigt ein Kühlelement 5 mit
einer Abdeckung 11 und einem dazwischen liegenden Kühlkanal 13.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Lüfter 33 auf
dem Kühlelement 5 angeordnet,
vorzugsweise dort befestigt, nämlich
auf der dem Gehäuseinnenraum
abgewandten Seite des Kühlelements 5.
Der Lüfter 33 kann über seine
dem Kühlelement 5 abgewandte
Oberseite, wie durch einen Pfeil 39 angedeutet, Luft aus
dem Kühlkanal 13 ansaugen und über einen
im Umfangsbereich des Lüfters 33 vorgesehenen
Auslass gemäß dem hier
wiedergegebenen Pfeil 41 in den Kühlkanal 13 abgeben.
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Um
Fehlluft zu vermeiden, also einen Luft-Kreisverkehr zwischen dem
oben liegenden Einlass des Lüfters 33 und
dem in dessen Umfangsbereich liegenden Auslass, ist eine Zwangs-Luftführung vorgesehen,
aufgrund derer die Luft ausschließlich vom Lufteinlass des Lüfters durch
den Lüfter
hindurch zu dessen Luftauslass gelangen kann. Die Luftführung kann
durch die geometrische Gestaltung des Kühlelements 5 und/oder
der Abdeckung 11 realisiert werden. Beispielhaft ist hier
eine von der Abdeckung 11 ausgehende Trennwand 43 vorgesehen.
Es ist sehr wohl denkbar, eine derartige Trennwand auch am Kühlelement 5 anzubringen.
Entscheidend ist, dass Luft entsprechend dem Pfeil 39 von
einem Bereich des Kühlkanals 13 angesaugt
und entsprechend dem Pfeil 41 in den weiteren Verlauf des
Kühlkanals
abgegeben wird, um eine Zwangsströmung innerhalb des Kühlkanals 13 zu
realisieren, die die dort vorhandene thermische Strömung unterstützt oder
statt dieser gegeben ist.
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Aus
der Darstellung gemäß 3 wird
deutlich, dass eine entsprechende Montage des Lüfters 33 an der Abdeckung 11 ebenfalls
möglich
ist. Auch können
Lüfter
sowohl am Kühlelement 5 als
auch an der Abdeckung 11 vorgesehen werden. Die Montage des
Lüfters 33 an
der Abdeckung 11 hat den Vorteil, dass die gesamte Abdeckung
der Kühleinrichtung 1 mit
mindestens einem Lüfter
vormontiert und auf das Kühlelement 5 aufgebracht
werden kann. In diesem Fall ist der mindestens eine Lüfter 33 an
der Abdeckung 11 elektrisch angeschlossen. Eine elektrische Leitung
kann dann über
einen geeigneten Stecker, beispielsweise einen Stiftstecker an der
Abdeckung 11 direkt mit dem Gerät 3 oder über das
Kühlelement 5 mit
diesem verbunden werden. Ein Austausch eines Lüfters ist auf diese Weise einfach
und kostengünstig
realisierbar.
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Da
die Abdeckung 11 vorzugsweise aus einem thermisch isolierenden
Material wie Kunststoff, Gummi, glasfaserverstärktem Kunststoff oder dergleichen
besteht, werden elektrische Leitungen vorzugsweise im Bereich der
Abdeckung 11 angebracht und dort geführt, weil diese Materialien
auch als elektrische Isolatoren wirken. Darüber hinaus können Kabelkanäle oder
Vorsprünge
zum Befestigen von elektrischen Leitungen und zum Anbringen des
mindestens einen Lüfters 33 ohne
Weiteres an der Abdeckung 11 angeformt werden.
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Bezüglich der
Energieversorgung des mindestens einen Lüfters ist festzuhalten, dass
die Drehzahl des mindestens einen Lüfters auf geeignete Weise erfasst
werden kann, um eine Diagnose, Steuerung und/oder Regelung zu realisieren.
Eine Steuerung oder Regelung der Lüfterdrehzahl erlaubt es, diese
auf ein Minimum zu reduzieren, um die Geräuschentwicklung der Kühleinrichtung 1 möglichst
klein zu halten.
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Auch
die Stromaufnahme des mindestens einen Lüfters kann erfasst und bewertet
werden, um eine Diagnose, Steuerung und/oder Regelung zu realisieren.
Dabei kann auch eine Kurzschlussfestigkeit realisiert werden, indem
ab einer bestimmten Stromaufnahme die elektrische Versorgung der
Lüfter
abgeschaltet, also eine Schutzbeschaltung geschaffen wird. Der elektrische
Widerstand des mindestens einen Lüfters 33 kann gegebenenfalls
inklusive der Zuleitungen ge messen werden, um Fehler zu erkennen,
beispielsweise das Eindringen von Feuchtigkeit.
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Bei
der Energieversorgung des mindestens einen Lüfters 33 kann auch
eine Betriebsstundenerfassung vorgesehen werden, um eine vorbeugende Wartung
durchführen
zu können.
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Vorzugsweise
wird eine temperaturabhängige
Steuerung des mindestens einen Lüfters 33 realisiert.
Dies kann durch eine Drehzahlsteuerung oder aber durch eine Ein-/Aus-Steuerung
mit entsprechender Hysterese realisiert werden. Bei der Realisierung
der Steuerung können
die Lufttemperatur im Kühlkanal 13,
die Temperatur der Innenseite der Abdeckung 11 oder des
Kühlelements 5 erfasst
werden, aber auch die Geräteinnentemperatur
und/oder die Umgebungstemperatur. Dabei können auch mehrere Temperaturmessstellen
vorgesehen werden.
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Lüfter 33 der
in 3 dargestellten Art ermöglichen eine sehr kompakte
Bauform der Kühleinrichtung 1.
Denkbar ist es aber auch, andere Lüfterausführungen vorzusehen, um einen
erforderlichen Luftstrom zu erzeugen, insbesondere dort, wo das Kühlelement 5 in
den Innenraum des Geräts 3 hineinragt
und damit ein größerer Freiraum
zwischen dem Kühlelement 5 und
der Abdeckung 11 gegeben ist. Grundsätzlich können alle Arten von Luftstromerzeugungseinrichtungen
verwendet werden, die das Kühlmittel
innerhalb des Kühlkanals 13 fördern.
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Die
auf der Unterseite des Geräts 3 vorgesehene
Kühleinrichtung 1,
wie sie in 1 dargestellt ist, kann abgewandelt
werden, wenn eine Vorrichtung zur Erzeugung einer aktiven Luftströmung im Kühlkanal 13 vorgesehen
ist. 4 zeigt einen Schnitt durch ein Gerät 3 mit
einer Kühleinrichtung 1, die
in 3 dargestellt wurde. Die Kühleinrichtung 1 umfasst
mindestens einen Lüfter 33,
sodass innerhalb der Kühleinrichtung 1 entsprechend
den Pfeilen 39 und 41 innerhalb eines Kühlkanals 13 eine
Luftströmung
entsteht. Diese ist auch hier zwangsgeführt. Beispielhaft ist hier
eine Trennwand 43 vorgesehen.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
ist der Lüfter 33 auf
der dem Innenraum 45 des Geräts zugewandten Seite der Kühleinrichtung 1 vorgesehen,
also am Kühlelement 5.
Denkbar ist es aber auch, den mindestens einen Lüfter an der Abdeckung 11 vorzusehen,
wie dies anhand von 3 erläutert wurde. Schließlich können auch
Lüfter
sowohl am Kühlelement 5 als
auch an der Abdeckung 11 angebracht werden.
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Da
innerhalb der Kühleinrichtung 1 ein
Luftstrom innerhalb des Kühlkanals 13 auch
ohne thermische Einflüsse
realisiert wird, ist es hier nicht erforderlich, das Kühlelement 5 schräg zu stellen,
wie dies oben erläutert
wurde.
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Auf
der linken Seite der Kühleinrichtung 1 ist hier
ein Einlass 15 erkennbar, auf der gegenüberliegenden rechten Seite
ein Auslass 17. Durch Pfeile 15', 17' wird die Luftströmung angedeutet,
die hier erzeugt wird. Auf der Seite des Einlasses 15 und/oder der
des Auslasses 17 kann ein Filter 47 beziehungsweise 49 vorgesehen
werden.
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Die
Kühleinrichtung 1 kann
hier im Wesentlichen U-förmig
ausgebildet werden, sodass das Gerät 3 von dieser quasi
aufgenommen wird und sich Bereiche des Kühlelements 5 über Teile
der Seitenwände
des Geräts 3 erstrecken.
Vorzugsweise kann dieses mit einer Gehäuseoberschale 51 versehen
werden, die den Einlass 15 und den Auslass 17 überragt, sodass
hier ein Labyrinth geschaffen wird, sodass Einlass 15 und
Auslass 17 des Kühlkanals 13 vor Verschmutzung
geschützt
sind. Durch die Überdeckung
des Aus- und Einlasses 15, 17 wird auch die Geräuschabgabe
der Kühleinrichtung 1,
insbesondere also das Lüftergeräusch reduziert.
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Vorzugsweise
ist die Kühleinrichtung 1 auch hier
so ausgebildet, dass sie das Gerät 3 auf
dessen Unterseite dicht abschließt, sodass Innenraum 45 des
Geräts 3 staub-
und/oder gasdicht abgeschlossen ist, wie dies oben bereits erwähnt wurde.
Dennoch wird ohne einen Luftaustausch zwischen dem Innenraum 45 und
der Umgebung im Gerät 5 entstehende
Wärme sehr
effektiv abgeführt.
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Auch
bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist es, wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1,
möglich,
die Abdeckung 11 vom Grundkörper 7 des Kühlelements 5 abzunehmen, ohne
dass das Gerät 3 geöffnet werden
muss. Es ist also leicht möglich,
den Kühlkanal 13 zu
reinigen, den mindestens einen Lüfter 33 ebenfalls
zu reinigen, zu reparieren oder auszutauschen. Schließlich können auf
diese Weise auch die Filter 47 und 49 gereinigt
oder getauscht werden. Die Abdeckung 11 aus thermisch isolierendem
Material reduziert auch hier die Berührungswärme am Gerät 3.
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Es
sei hier noch darauf hingewiesen, dass die Anzahl der eingesetzten
Lüfter
an die Einsatzbedingungen angepasst wird. Je mehr Lüfter verwendet werden,
desto geringer kann deren Drehzahl sein, was auch zu einer niedrigen
Geräuschentwicklung führt.
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Entscheidend
ist nach allem, dass die Kühleinrichtung 1 sich
durch eine verbesserte Kühlleistung
auszeichnet. Dies beruht darauf, dass mindestens ein Kühlkanal 13 ausgebildet
wird, indem Kühlrippen 9 eines
Kühlelements 5 mit
einer Abdeckung 11 versehen werden, sodass Kühlkanäle 13 entstehen.
Die in diesen verlaufende Kühlmedium-Strömung erhöht die Kühlung des
Grundkörpers 7 und damit
die Wärmeableitfähigkeit
des Kühlelements 5. Dabei
genügt
es, wie anhand von 1 erläutert, das Kühlelement 5 so
anzuordnen, dass der Einlass 15 des mindestens einen Kühlkanals 13 tiefer
liegt als dessen Auslass 17. Die Kühlmedium-Strömung wird
durch einen Kamin 19 noch verstärkt. Insbesondere können aber
auch noch Lüfter 33 vorgesehen werde,
um die Wärmeableitung
zu erhöhen.
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Aus
den vorangegangen Erläuterungen
wird deutlich, dass die hier beschriebene Kühleinrichtung 1 besonders
für flache
elektrische/elektronische Geräte
geeignet ist, sei es für
Laptops oder Tablet-PC's, für die immer
kompaktere Bauformen angestrebt werden, wobei leistungsfähige Bauteile
eingesetzt werden sollen, die in der Regel eine hohe Wärmeabstrahlung
haben. Die Kühleinrichtung 1 ist
auch sehr wohl verwendbar in Zusammenhang mit Flachbildschirmen,
hier insbesondere deshalb, weil die Kühlkanäle senkrecht stehen und durch
in das Kühlelement 5 eingetragene
Wärme eine
starke Kühlmittelströmung in
den Kühlkanälen 13 entsteht,
damit eine hohe Kühlleistung
der Kühleinrichtung 1.
In allen Fällen
ist es besonders vorteilhaft, dass das gekühlte Gerät 3 durch die Kühleinrichtung 1 hermetisch
abgeschlossen werden kann, sodass keinerlei Staub in das Gerät 3 gelangt,
auch nicht irgendwelche Gase, die leicht entzündlich sind. Es ist also möglich, Geräte 3 mit
einer Kühleinrichtung 1 der
hier beschriebenen Art auch in explosionsgefährdeten Umgebungen einzusetzen.