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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden einer ersten Aufstecköffnung einer Kühlvorrichtung für mindestens eine Elektronikkomponente mit einer zweiten Aufstecköffnung der Kühlvorrichtung oder einer weiteren Kühlvorrichtung sowie auf ein Kühlsystem zum Kühlen mindestens einer Elektronikkomponente.
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Für Elektronikkomponenten werden immer häufiger Kühlungskomponenten vorgesehen. Diese dienen zur Temperaturabfuhr der entstehenden Verlustleistungen. Die Elektronikchips werden durch verschiedene Fügeverfahren wie beispielsweise Auflöten, Aufsintern, Aufspannen oder Aufkleben gefügt. Erst nach diesem Fügeprozess auf den Kühler kann eine Funktionsprüfung der Teile erfolgen. Die Bauteile besitzen aufgrund der Elektronik einen sehr hohen wirtschaftlichen Wert. Es kann also erst nach diesem Prozess entschieden werden, ob es sich um ein Gutteil handelt oder nicht, das heißt, die Ausschussrate verursacht extrem hohe Kosten.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Verbindungsvorrichtung zum Verbinden einer ersten Aufstecköffnung einer ersten Kühlvorrichtung mit einer zweiten Aufstecköffnung der ersten Kühlvorrichtung oder einer zweiten Kühlvorrichtung sowie ein verbessertes Kühlsystem zum Kühlen mindestens einer Elektronikkomponente zu schaffen.
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Diese Aufgabe Wird durch eine Verbindungsvorrichtung und ein Kühlsystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Aufstecköffnungen eines oder mehrerer Kühlkörper eines Kühlgeräts für Elektronikkomponenten mit Hilfe eines fluiddurchströmten Verbindungsstücks platzsparend, in beliebiger Stückzahl und in unterschiedlichen Kombinationen miteinander verbunden werden können.
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Vorteilhafterweise können gemäß dem hier vorgestellten Ansatz der oder die Kühlkörper so klein wie möglich ausgeführt und entsprechend verbunden werden, ohne dass dazu bereits bestehende Verbindungsarten wie Fluidschläuche oder Rohre eingesetzt Werden brauchen, die zusätzlichen Bauraum benötigen und zusätzliche Kosten verursachen würden. Schläuche können auch aufgrund der Dichtigkeitsrate und der Hochspannungsumgebung nicht eingesetzt und toleriert werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Ansatz kann auch auf Steckverbindungen verzichtet werden, die aufgrund des hohen Platzbedarfs ebenfalls nicht geeignet wären. Rohre würden ebenfalls eine zusätzliche Einsteckmöglichkeit benötigen, die Bauraum in Anspruch nähme. Desweiteren wäre es erforderlich, die Rohre einzuschweißen oder zu löten, was nach Applikation der Elektronikchips nicht mehr umsetzbar ist
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Weitere Vorteile der Erfindung liegen in der einfachen und kostengünstigen Ausführung. Es ist eine druckabfallsneutrale Umsetzung möglich, was hier im speziellen Fall von großer Bedeutung ist. Aufgrund eines niedrigeren Druckabfalls kann im Gesamtsystem eine kleinere Pumpe verwendet werden, welche ein geringeres Gewicht und niedrigere Betriebskosten zu Folge hat.
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Zudem kann bei Verwendung eines Schichtblechdesigns die Lösung einfach und kosten- und bauraumneutral integriert werden, da keinerlei Fräsungen notwendig sind. Die Verbindung wird über einen Klebstoff abgedichtet, was den Einsatz eines O-Ringes erübrigt, der im Allgemeinen ungern eingesetzt wird, da es sich dabei um ein zusätzliches Teil handelt, das beim Zusammenbau auch in der richtigen Lage verbaut werden muss. Weiterführend wäre bei Verwendung eines O-Ringes die Dichtigkeit nur bedingt gegeben, bzw. die Leckrate wäre für das Einsatzgebiet zu hoch, da das Material des O-Ringes mit der Zeit altern und verspröden kann, womit es zum Ausfall der Kühlung und somit der Leistungselektronik kommen könnte. Vorteilhafterweise kann durch den Einsatz eines Klebstoffes die Verbindungsstelle selbst nach Applizieren der Elektronikchips noch ausgehärtet bzw. abgedichtet werden. Auch wenn für die Klebstoffhärtung eine Temperaturerhöhung notwendig wäre, lägen diese Temperaturen weit niedriger als die Löttemperatur. Die Lösung kann so konzipiert sein, dass der Klebstoff keinen Kühlmittelkontakt besitzt und deshalb durch das Kühlmittel nicht angegriffen werden und sich auflösen oder zersetzen kann. Durch den Klebstoff verhalten sich mehrere Kühler wie ein Bauteil und sind strukturell miteinander verbunden, ohne weitere Spannelemente oder Halterungen.
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Die hier vorgestellte Lösung lässt sich beliebig auf mehrere Teile erweitern und ist einfach zu integrieren und ist selbst dann noch bauraumneutral, da weitgehend Gleichteile verwendet werden können, was zusätzlich nochmals Kostenvorteile mit sich bringt. Desweiteren können auch die Anschlussstutzen mit in dieses Verbindungsstück integriert werden.
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Ferner kann es durch den Einsatz eines Aluminiumfrästeiles zu keiner Kontaktkorrosion oder zu unterschiedlichen, Längenausdehnungen kommen. Eine Verwendung von Kunststoffteilen ist aufgrund der niedrigen Herstellkosten interessant. Auch könnte der Klebstoff die thermischen Dehnungen aufnehmen und ausgleichen.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden einer ersten Aufstecköffnung einer ersten Kühlvorrichtung für mindestens eine Elektronikkomponente mit einer zweiten Aufstecköffnung der ersten Kühlvorrichtung oder einer zweiten Kühlvorrichtung, wobei die erste Aufstecköffnung und die zweite Aufstecköffnung von einem Fluid durchströmbar sind, mit folgenden Merkmalen:
einem rahmenförmigen ersten Einführstutzen zum Einführen in die erste Aufstecköffnung;
einem rahmenförmigen zweiten Einführstutzen zum Einführen in die zweite Aufstecköffnung; und
einem zwischen dem ersten Einführstutzen und dem zweiten Einführstutzen angeordneten Anschlagelement, das einen größeren Außenumfang als der erste Einführstutzen und der zweite Einführstutzen aufweist, wobei der erste Einführstutzen, das Anschlagelement und der zweite Einführstutzen eine gemeinsame Durchgangsöffnung zum Führen des Fluids zwischen der ersten Aufstecköffnung und der zweiten Aufstecköffnung ausbilden.
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Die Verbindungsvorrichtung kann einstückig gebildet sein oder sich aus Einzelteilen beispielsweise des ersten Einführstutzens, des zweiten Einführstutzens und des Anschlagelements, die z. B. stoffschlüssig miteinander verbunden sind, zusammensetzen. Alternativ kann die Verbindungsvorrichtung auch aus zwei entlang einer Längsachse oder einer Querachse der Verbindungsvorrichtung spiegelbildlich ausgeformten Elementen zusammengesetzt sein, die ebenfalls zur Bildung der Verbindungsvorrichtung stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Auch kann die Verbindungsvorrichtung zum Beispiel als ein Aluminiumfrästeil ausgebildet sein, oder die Verbindungsvorrichtung kann mit einem Gießverfahren hergestellt werden, wobei als Material beispielsweise ein Metall oder Kunststoff verwendet werden kann. Der erste und der zweite Einführstutzen können beispielsweise als identische rechteckige Flachrohre ausgebildet sein. Die Flachrohre können in ihrer Breite ein Mehrfaches ihrer Ausdehnung in die Länge aufweisen. Sind die beiden Einführstutzen identisch, so muss beim Zusammensetzen nicht auf die Ausrichtung der Verbindungsvorrichtung geachtet werden. Das Anschlagelement kann so ausgebildet sein, dass die zu den Einführstutzen abfallenden Randseiten des Anschlagelements als Anschlag für die Aufstecköffnungen dienen, wenn die Einführstutzen in die Aufstecköffnung eingebracht sind. Die gemeinsame Durchgangsöffnung kann als ein rundum geschlossener, fluiddichter Kanal zum Durchleiten des Fluids verstanden werden. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um ein Kühlmittel oder ein Kältemittel zum Kühlen von Elektronikkomponenten wie beispielsweise Mikrochips handeln. Das Anschlagelement kann rahmenförmig ausgebildet sein und der erste und der zweite Einführstutzen können beidseitig des Rahmenelements angeordnet sein und somit in entgegengesetzte Richtungen weisen. In diesem Fall kann der Kanal geradlinig verlaufen. Diese Ausgestaltung bietet sich an, um zwei in Reihe angeordnete gleiche oder unterschiedliche Kühlvorrichtungen miteinander zu verbinden. Alternativ kann das Anschlagelement und somit der Kanal gekrümmt sein. Der erste und der zweite Einführstutzen können dabei wiederum beidseitig des Rahmenelements angeordnet sein und abhängig von der Krümmung des Anschlagelements in unterschiedliche oder gleiche Richtungen weisen. Beispielsweise kann es sich um eine 180°-Krümmung handeln, so dass der erste und der zweite Einführstutzen versetzt zueinander in die gleiche Richtung weisen. Die Krümmung kann durch eine oder mehrere Biegungen des Anschlagelements ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Anschlagelement zwei Ecken aufweisen, die jeweils eine rechtwinklige Richtungsänderung herbeiführen. Diese Ausgestaltung bietet sich an, um zwei nebeneinander angeordnete Aufstecköffnungen ein und derselben Kühlvorrichtung über die Verbindungsvorrichtung miteinander zu verbinden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Einführstutzen und zusätzlich oder alternativ der zweite Einführstutzen ausgehend von dem Anschlagelement einen sich zumindest abschnittsweise verjüngenden Querschnitt aufweisen. So kann ein dem Anschlagelement zugewandter Abschnitt des ersten Einführstutzens und/oder des zweiten Einführstutzens einen größeren Außenumfang aufweisen als ein von dem Anschlagelement abgewandter Abschnitt des ersten Einführstutzens und/oder des zweiten Einführstutzens. Die Einführstutzen können über ihre gesamte Länge oder lediglich über einen Teilbereich, zum Beispiel einen Endbereich, den sich verjüngenden Querschnitt aufweisen. Vorteilhafterweise erleichtert eine derartige Ausprägung des Einführstutzens dessen Einfügung in die Aufstecköffnung. Aufgrund einer Reibung zwischen den sich berührenden Flächen des Einführstutzens und der Aufstecköffnung ergibt sich ein sicherer Halt des Einführstutzens in der Aufstecköffnung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine Außengeometrie des ersten Einführstutzens an eine Innengeometrie der ersten Aufstecköffnung angepasst sein. Ferner kann eine Außengeometrie des zweiten Einführstutzens an eine Innengeometrie der zweiten Aufstecköffnung angepasst sein. Insbesondere kann die Außengeometrie der Einführstutzen nur geringfügig größer als die Innengeometrie der Aufstecköffnungen sein, so dass die Einführstutzen zwar in die Aufstecköffnungen eingeführt werden können, zwischen angrenzenden Bereichen der Aufstecköffnungen und der Einführstutzen jedoch nur ein geringfügiger oder gar kein Spalt verbleibt. Die Aufstecköffnungen können eine Freisparung aufweisen, deren Tiefe einer Wandstärke der Einführstutzen entsprechen kann. Auf diese Weise kann die Durchgangsöffnung der Verbindungsvorrichtung einen Querschnitt aufweisen, der einem Kanalquerschnitt der Kühlvorrichtungen entspricht. Auf diese Weise kann ein Druckunterschied zwischen Verbindungsvorrichtung und Kühlvorrichtung vermieden werden. Beispielsweise können einer oder beide der Einführstutzen zumindest in einem der jeweiligen Aufstecköffnung zugewandten Endbereich einen eckigen, runden oder ovalen Querschnitt aufweisen. Dadurch ist der Vorteil einer flexiblen Einsatzmöglichkeit der Verbindungsvorrichtung gegeben. Soll die Verbindungsvorrichtung beispielsweise auf einer Seite mit einem runden Fluidauslass eines Fluidverteilerrohrs und auf der anderen Seite mit einer rechteckigen Aufstecköffnung einer Kühlvorrichtung gekoppelt werden, so kann einer der beiden Einführstutzen zumindest in seinem Endbereich rund ausgeformt sein, um von dem Fluidauslass des Fluidverteilerrohrs im Wesentlichen passgenau aufgenommen zu werden. Der zweite der Einführstutzen kann entsprechend rechteckig ausgeführt sein, um von der Aufstecköffnung der Kühlvorrichtung ebenfalls im Wesentlichen passgenau aufgenommen zu werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Kühlsystem zum Kühlen mindestens einer Elektronikkomponente, mit folgenden Merkmalen:
einer ersten Kühlvorrichtung für die mindestens eine Elektronikkomponente, wobei die erste Kühlvorrichtung eine erste Aufstecköffnung und eine zweite Aufstecköffnung aufweist, die jeweils von einem Fluid durchströmbar sind; und
einer Verbindungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zum Verbinden der ersten Aufstecköffnung mit der zweiten Aufstecköffnung, indem der rahmenförmige erste Einführstutzen in die erste Aufstecköffnung eingeführt und der rahmenförmige zweite Einführstutzen in die zweite Aufstecköffnung eingeführt ist.
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Die erste Kühlvorrichtung kann zwei getrennte Kanäle zum Leiten des Fluids aufweisen. Die erste Aufstecköffnung kann dem ersten und die zweite Aufstecköffnung kann dem zweiten der Kanäle zugeordnet sein. Mittels der Verbindungsvorrichtung kann das Fluid aus dem ersten Kanal aufgenommen werden und dem zweiten Kanal wieder zugeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Kühlsystem zum Kühlen mindestens einer Elektronikkomponente, mit folgenden Merkmalen:
einer ersten Kühlvorrichtung für die mindestens eine Elektronikkomponente, wobei die erste Kühlvorrichtung eine erste Aufstecköffnung aufweist, die von einem Fluid durchströmbar ist;
einer zweiten Kühlvorrichtung, die eine zweite Aufstecköffnung aufweist, die von einem Fluid durchströmbar ist; und
einer Verbindungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zum Verbinden der ersten Aufstecköffnung mit der zweiten Aufstecköffnung, indem der rahmenförmige erste Einführstutzen in die erste Aufstecköffnung eingeführt und der rahmenförmige zweite Einführstutzen in die zweite Aufstecköffnung eingeführt ist.
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Mittels der Verbindungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform kann das Fluid von der ersten Kühlvorrichtung in die zweite Kühlvorrichtung geleitet werden. Das Kühlsystem kann beispielsweise zum Kühlen einer Mehrzahl von Mikrochips eingesetzt werden. Bei der ersten und zweiten Kühlvorrichtung kann es sich beispielsweise jeweils um einen Kühlkörper mit einem Hohlraum handeln, der zum Leiten des Fluids durch den Kühlkörper ausgebildet ist. Die erste und zweite Kühlvorrichtung können beispielsweise als je ein flacher Quader ausgebildet sein, der an sich gegenüberliegenden Längsseiten diagonal versetzt jeweils eine Aufstecköffnung zum Aufnehmen eines Einführstutzens der Verbindungsvorrichtung aufweist. Eine Oberfläche der ersten und zweiten Kühlvorrichtung kann ausgebildet sein, um die mindestens eine Elektronikkomponente aufzunehmen, um sie zu kühlen. Die Elektronikkomponente kann beispielsweise auf die Oberfläche aufgelötet oder aufgesintert werden. Die erste und zweite Kühlvorrichtung können als Gleichteile ausgebildet sein, so dass unter Verwendung einer Mehrzahl von Kühlvorrichtungen und einer Mehrzahl von Verbindungsvorrichtungen ein modulares Kühlsystem mit variabler Größe und Form aufgebaut werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Kühlsystem einen Dichtstoff aufweisen, der zwischen der ersten Aufstecköffnung und dem Anschlagelement und alternativ oder zusätzlich zwischen der zweiten Aufstecköffnung und dem Anschlagelement angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Verbindungsvorrichtung stoffschlüssig mit der ersten Aufstecköffnung und/oder der zweiten Aufstecköffnung verbunden werden. Bei dem Dichtstoff kann es sich beispielsweise um Epoxidharzklebstoff oder um ein anderes Dichtmittel handeln. Der Dichtstoff kann z. B. im flüssigen Zustand vor dem Fügen der Verbindungsvorrichtung mit beispielsweise zwei Kühlvorrichtungen auf die die Einführstutzen umlaufenden Flächen des Anschlagelements und zusätzlich oder alternativ auf die Aufstecköffnungen der Kühlvorrichtungen aufgebracht werden. Alternativ können Verbindungselemente und Kühlvorrichtungen auch zunächst ohne Dichtstoff gefügt werden, wobei im montierten Zustand je ein Spalt zwischen dem Anschlagelement und den Kühlvorrichtungen frei bleibt, in den dann der Dichtstoff eingefüllt wird. Anschließend kann der Dichtstoff im Ofen, bei Raumtemperatur oder unter Einfluss einer Lichtquelle mit UV-Licht, ausgehärtet werden. Die Verwendung eines derartigen Dichtstoffs bietet den Vorteil, dass die stoffschlüssige Verbindung bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden kann, als dies beispielsweise bei einem Lötprozess der Fall wäre. So können Beschädigungen der empfindlichen Elektronikkomponenten vermieden werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Kühlvorrichtung ein Kühlkörper zum Kühlen der Elektronikkomponente sein. Die zweite Kühlvorrichtung kann ein weiterer Kühlkörper oder ein Verteilerrohr zum Verteilen des Fluids auf eine Mehrzahl von benachbart angeordneten Kühlkörpern sein. Es sind somit flexible Gestaltungsmöglichkeiten des Kühlsystems gegeben, wodurch dieses ohne weiteres auf räumliche und funktionale Gegebenheiten und Beschränkungen angepasst, werden kann.
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Ferner kann die erste Kühlvorrichtung und alternativ oder zusätzlich die zweite Kühlvorrichtung einen ebenen Oberflächenbereich zum Aufnehmen der mindestens einen Elektronikkomponente aufweisen. Beispielsweise kann der Oberflächenbereich ausgebildet sein, um eine Gruppe von drei oder mehr Elektronikkomponenten aufzunehmen. Der Oberflächenbereich kann eine gesamte Oberfläche der Kühlvorrichtung oder einen von dem Fluid unterströmten Bereich umfassen.
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Alternativ kann eine Ausdehnung des ebenen Oberflächenbereichs das Aufnehmen lediglich einer einzigen Elektronikkomponente erlauben. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer geringeren Ausschussrate, da defekte Elektronikkomponenten einzeln aussortiert werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Kühlsystem die mindestens eine Elektronikkomponente aufweisen, die auf dem ebenen Oberflächenbereich angeordnet ist. Dabei sind optimale Herstellungsbedingungen für das Kühlsystem gegeben. So können die einzelnen Elemente des Kühlsystems, also die mit den Elektronikkomponenten versehenen Kühlvorrichtungen und die Verbindungsvorrichtungen, bei geringem Zeitaufwand gemäß den Spezifikationen des Anwenders zusammengefügt und mithilfe des Dichtstoffs gasdicht verbunden werden. Diese Vorgehensweise ist möglich, da aufgrund der geringeren Temperaturen oder des UV-Lichts, die zur Aushärtung des Dichtstoffs benötigt werden, keine Gefahr für die spätere Funktionstüchtigkeit der Elektronikkomponenten besteht.
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Ferner kann die erste Kühlvorrichtung und alternativ oder zusätzlich die zweite Kühlvorrichtung als ein Kühlkörper mit einem Hohlraum ausgebildet sein. Der Hohlraum kann eine Mehrzahl von Stegen aufweisen, die zum Leiten des Fluids innerhalb des Kühlkörpers ausgebildet sind. Die Stege sind einfach und kostengünstig herzustellende Mittel zur Beeinflussung des Fluidflusses. Die Stege können beispielsweise so angeordnet sein, dass das Fluid gleichmäßig von einer Verbindungsvorrichtung durch die Kühlvorrichtung zu einer weiteren Verbindungsvorrichtung und somit durch das gesamte Kühlsystem geleitet werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Kühlvorrichtung und alternativ oder zusätzlich die zweite Kühlvorrichtung aus einem Schichtblechstapel gebildet sein. So kann bei der Fertigung der Kühlvorrichtungen auf einen kosten- und zeitintensiven Einsatz eines Fräsprozesses verzichtet werden.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine isometrische Darstellung einer Verbindungsvorrichtung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine isometrische Darstellung eines Kühlsystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Darstellung in Draufsicht auf eine Kühlvorrichtung ohne Deckblech, mit einer Verbindungsvorrichtung gemäß 1 gefügt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Detailansicht der Kombination aus 3, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Darstellung im Längsschnitt der Kombination aus 3, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 eine Darstellung in Draufsicht auf eine Kühlvorrichtung ohne Deckblech, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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7 eine Darstellung eines Kühlsystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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8 eine Darstellung eines weiteren Kühlsystems, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
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1 zeigt eine isometrische Darstellung einer Verbindungsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Verbindungsvorrichtung 100 umfasst einen ersten Einführstutzen 110, einen zweiten Einführstutzen 120 und ein Anschlagelement 130, das zwischen dem ersten Einführstutzen 110 und dem zweiten Einführstutzen 120 angeordnet ist. Die Verbindungsvorrichtung 100 kann entweder als einstückiges Pressteil hergestellt oder aus einzelnen Elementen zusammengesetzt sein. In jedem Fall besteht eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Anschlagelement 130 und den Einführschrägen bzw. Einführstutzen 110, 120. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Verbindungsvorrichtung 100 sind der erste Einführstutzen 110 und der zweite Einführstutzen 120 als identische rahmenförmige Elemente mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet. Aus der Darstellung in 1 ist nicht ersichtlich, dass auch das rechteckige Anschlagelement 130 rahmenförmig ist. So bilden der erste Einführstutzen 110, der Anschlag 130 und der zweite Einführstutzen 120 gemeinsam eine geschlossene Durchgangsöffnung 140 in Form eines Flachrohres zum Führen eines Fluids. Alternativ können der erste Einführstutzen 110, das Rahmenelement 130 und der zweite Einführstutzen 120 auch andere oder unterschiedliche Querschnitte, z. B. einen runden oder einen ovalen Querschnitt, aufweisen. Der Querschnitt der Durchgangsöffnung kann über derer gesamte Länge gleich groß sein und die gleiche Form aufweisen.
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Die Einführstutzen 110, 120 sind geeignet, um in Aufstecköffnungen von Kühlvorrichtungen eingesteckt zu werden, so dass das Fluid durch die Verbindungsvorrichtung 100 von einer Kühlvorrichtung zu einer weiteren Kühlvorrichtung geleitet werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Einführstutzen 110, 120 zum leichteren Einführen in die Aufstecköffnungen sich von dem Anschlagelement 130 aus verjüngend ausgebildet sein. Auf zwei den ersten Einführstutzen 110 und zweiten Einführstutzen 120 umlaufende Randflächen 150 des Anschlagelements 130 kann einen Klebstoff bzw. Dichtstoff aufgebracht werden oder bereits aufgebracht sein. In der Darstellung in 1 ist lediglich eine der Flächen 150 für den Betrachter sichtbar. Mithilfe des Dichtstoffs kann die Verbindungsvorrichtung 100 fluiddicht mit den Aufstecköffnungen der aufgesteckten Kühlvorrichtungen verbunden werden. Beispielsweise kann die umlaufende Fläche 150. einer Stärke der Aufstecköffnungen entsprechen, so dass im gefügten Zustand die Oberfläche des Anschlagelements 130 mit der Oberfläche der Aufstecköffnungen fluchtet. Aus der Darstellung in 1 ist deutlich ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Design der Verbindungsvorrichtung 100 verhindert, dass der Dichtstoff mit dem Fluid in Kontakt kommt. Dieser ist somit vor einer etwaigen Zersetzung durch eine chemische Wirkung des Fluids geschützt.
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2 zeigt das Verbindungsstück bzw. die Verbindungsvorrichtung 100 aus 1 im Verbau. Gezeigt ist ein Kühlsystem 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Kühlsystem 200 ist ein Kühlkörper mit einem weiteren verbunden. Auf entsprechende Weise kann ein Einzelanschluss eines Kühlers an ein Kühlsystem erfolgen. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 200 ist ein erster Kühlkörper bzw. eine erste Kühlvorrichtung 210 über das Verbindungstück bzw. die Verbindungsvorrichtung 100 mit einem zweiten Kühlkörper bzw. einer zweiten Kühlvorrichtung 220 verbunden. Eine weitere Verbindungsvorrichtung 100 ist mit einem der Einführstutzen in eine Aufstecköffnung 230 der Kühlvorrichtung 210 eingesteckt. Bei den in 1 gezeigten Verbindungsvorrichtungen 100 und. Kühlvorrichtungen 210, 220 handelt es sich um Gleichteile, wobei hier die Kühlvorrichtungen 210, 220 um eine Mittelachse gedreht zueinander angeordnet sind. Für unterschiedliche Designs des Kühlsystems 200 können sowohl die Verbindungsvorrichtungen 100 als auch die Kühlvorrichtungen 210, 220 jeweils beliebig um eine Mittelachse gedreht und gefügt werden. Die Kühlvorrichtungen 210, 220 sind als flache Quader ausgeführt, die an gegenüberliegenden Längsseiten diagonal versetzt je einen Ausläufer aufweisen, der die Aufstecköffnung 230 ausbildet. Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich eine der Aufstecköffnungen 230 mit einem Bezugszeichen versehen. Die erste Kühlvorrichtung 210 und die zweite Kühlvorrichtung 220 weisen je eine Oberfläche 240 zum Aufnehmen einer oder einer Mehrzahl von Elektronikkomponenten auf. An den Verbindungsflächen zwischen den Kühlvorrichtungen 210, 220 und den Verbindungsvorrichtungen 100 ist eine Dichtmasse, z. B. ein Klebstoff, vorgesehen, die die Verbindung gasdicht verschließt. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 200 sind die erste Kühlvorrichtung 210 und die zweite Kühlvorrichtung 220 aus Schichtblech gebildet. Das Kühlsystem 200 ist über die Aufstecköffnungen 230 beliebig um weitere Verbindungsvorrichtungen 100 und Kühlvorrichtungen 210, 220 erweiterbar.
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3 zeigt eine Darstellung in Draufsicht auf einen Teil des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels des Kühlsystems. Gezeigt ist die Kühlvorrichtung 210, in deren eine Aufstecköffnung 230 einer der Einführstutzen 110 bzw. 120 der Verbindungsvorrichtung 100 eingeführt ist Die Kühlvorrichtung 210 ist ohne Deckblech dargestellt, so dass ein Aufbau eines Hohlraums im Inneren der Vorrichtung 210 sichtbar ist. Der Hohlraum weist eine Mehrzahl von Stegen 310 auf, die parallel und längs versetzt auf einer Grundplatte der Kühlvorrichtung 210 angebracht sind. Die Stege 310 bilden eine Kanalstruktur 320 im Inneren der Vorrichtung 210, die ausgebildet ist, um einen gleichmäßigen Fluidfluss zwischen den zwei Aufstecköffnungen 230 herzustellen. Die Stege 310 können beispielsweise aus demselben Material wie die Wand der Kühlvorrichtung 210 gebildet sein. An einer Verbindungsfläche 330 zwischen der Aufstecköffnung 230 und dem Anschlagelement 130 der Verbindungsvorrichtung ist eine Klebstoffschicht zur luftdichten Verbindung der Elemente aufgebracht.
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In der Darstellung in 3 ist zu erkennen, dass die Aufstecköffnungen 230 eine umlaufende Freisparung 340 aufweisen. Die Freisparung 340 ist ausgebildet, um den Einführstutzen 110, 120 der Verbindungsvorrichtung 100 passgenau aufzunehmen. Die Freisparung 340 kann eine Länge einer Seitenfläche des Einführstutzens 110, 120 aufweisen oder kürzer als eine Länge der Seitenfläche sein. Ist die Freisparung kürzer ausgeführt, verbleibt nach dem Einsetzen der Verbindungsvorrichtung 100 in die Aufstecköffnung 230 ein Spalt zwischen der Aufstecköffnung 230 und dem Anschlagelement 130, der beispielsweise zum Einfüllen der Dichtmasse bzw. zur Sicherstellung der Spaltdicke genutzt werden kann.
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4 zeigt in einer Detailansicht der Darstellung aus 3 das Verbindungsstück bzw. die Verbindungsvorrichtung 100 im Einbaufall in die Aufstecköffnung 230 der Kühlvorrichtung 210. Hier ist deutlich die Freisparung 340 in der Kanalstruktur zu erkennen, die stufenförmig auf einem Randbereich des Einführstutzens 110, 120 aufsitzt. Zudem ist in dieser Detailansicht Klebstoff bzw. Dichtstoff 400 zu erkennen, der in der Grenzfläche zwischen dem Anschlagelement 130 und der Aufstecköffnung 230 angeordnet ist.
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5 zeigt eine Darstellung im Längsschnitt der Kombination aus 3, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist wiederum die mit der Verbindungsvorrichtung 100 gefügte Kühlvorrichtung 210 aus 3, entlang einer Mittelachse um 180° gedreht. Die schraffierten Flächen zeigen die Materialbereiche der Verbindungsvorrichtung 100 sowie der Kühlvorrichtung 210, die hier die Außenwand des Kühlers bzw. der Kühlvorrichtung 210 sowie die Stege 310 im Inneren der Kühlvorrichtung 210 umfassen. Die freie Fläche zeigt die Kanalstruktur 320, die zum Führen des Fluids ausgebildet ist. An der Verbindungsfläche 330 ist Klebstoff angeordnet.
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6 zeigt in einer Draufsicht eine Kühlvorrichtung 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel, der vorliegenden Erfindung. Die Kühlvorrichtung 600 stellt einen Einzelkühler dar und ist ohne Deckblech gezeigt. Die Kühlvorrichtung 600 weist eine Kanalstruktur mit einem Stömungskanal 320 und einem einseitigen Bypasskanal 620 auf. Die Kühlvorrichtung 600 weist vier Aufstecköffnungen 230 auf, wobei zwei der Aufstecköffnungen 230 dem Stömungskanal 320 und zwei der Aufstecköffnungen 230 dem Bypasskanal 620 zugeordnet sind. Jede der Aufstecköffnungen 230 weist jeweils eine Aussparung oder Freisparung 340 auf, in die die Verbindungsstücke eingesetzt werden können. Der Bypasskanal 620 verläuft geradlinig zwischen den zugeordneten Aufstecköffnungen 230 und ist durch eine Zwischenwand fluiddicht von dem Stömungskanal 320 abgetrennt. Der Stömungskanal 320 verläuft aufgrund eines Steges 310 mäanderförmig zwischen den zugeordneten Aufstecköffnungen 230.
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7 zeigt in einer Draufsicht ein Kühlsystem 700 im unmontierten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Kühlsystem 700 weist eine Kühlvorrichtung 710 in Form eines Einzelkühlers und eine Verbindungsvorrichtung 720 in Form eines Verbindungsstücks auf. Im Unterschied zu der in 6 gezeigten Kühlvorrichtung weist die Kühlvorrichtung 710 anstelle des Bypasskanals einen weiteren Strömungskanal 320 auf. Die beiden Strömungskanäle 320 sind durch eine Zwischenwand voneinander getrennt. Die Kanalstruktur mit den zwei Strömungkanälen 320 zeigt einen beidseitigen Kühlmittelverlauf, mit Rückströmung. Mittels der Verbindungsvorrichtung 720 können benachbart angeordnete Aufstecköffnungen 230 der beiden Strömungskanäle 320 und somit die beiden Strömungskanäle 320 miteinander verbunden werden. Dazu weist die Verbindungsvorrichtung 720 im Bereich des Anschlagelements 130 eine Krümmung auf. Dabei wird ein durch die Verbindungsvorrichtung 720 verlaufender Kanal um zwei Ecken geführt, so dass ein erster Einführstutzen 110 und ein zweiter Einführstutzen 120 der Verbindungsvorrichtung 720 in die gleiche Richtung weisen und in entsprechende Aussparungen der auf einer Seite der Kühlvorrichtung 710 angeordneten Aufstecköffnungen 230 eingesetzt werden können. Somit kann das Verbindungsstück 720 zur Umlenkung des Fluids eingesetzt werden. Im montierten Zustand der Kühlvorrichtung 710 und der Verbindungsvorrichtung 720 Weist das Kühlsystem 700 eine Fluidführung mit Rückströmung auf, wobei eine der bei dem Ausführungsbeispiel in 7 links an der Kühlvorrichtung 710 angeordneten Aufstecköffnungen zum Einlassen des Fluids in das Kühlsystem 700 und die andere zum Auslassen die Fluids aus dem Kühlsystem 700 dient.
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8 zeigt in einer Draufsicht ein weiteres Kühlsystem 800 im unmontierten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Kühlsystem 800 setzt sich aus einer Kühlvorrichtung 810 in Form eines Einzelkühlers 810 und einer Verbindungsvorrichtung 720 zusammen. Auch hier sind sowohl der Kühler 810 als auch das Verbindungsstück 720 ohne Deckblech gezeigt. Die Kühlvorrichtung 810 setzt sich aus zwei parallel angeordneten Strömkanälen 320 zusammen, deren jeweilige zwei Enden als Aufstecköffnungen 230 ausgebildet sind. Das Design der Verbindungsvorrichtung 720 entspricht dem der Verbindungsvorrichtung aus 7 mit dem Unterschied, dass das Anschlagelement 130 eine geringere Länge aufweist. So ist die Verbindungsvorrichtung 720 geeignet, um auf die in 8 rechts angeordneten Aufstecköffnungen 230 aufgesteckt zu werden, um so ein Kühlsystem mit einfacher Durchströmung und Fluidrückströmung zu bilden.
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Die in den 6 bis 8 gezeigten Kühlsysteme können mit einer oder mehreren weiteren Kühlvorrichtungen erweitert werden. Dazu kann jeweils eine weitere Kühlvorrichtung, beispielsweise mittels zwei der in 1 gezeigten Verbindungsvorrichtungen, an die gezeigten Kühlvorrichtungen angeschlossen werden.
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Mit der hier vorgestellten Erfindung wird eine Möglichkeit vorgeschlagen, Kühlkörper platzsparend und in beliebiger Stückzahl miteinander zu verbinden. Derzeit ist keine andere Lösung ähnlich attraktiv und einfach umzusetzen.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.
