DE102012102719A1

DE102012102719A1 - Kühlsystem für ein elektrisches System

Info

Publication number: DE102012102719A1
Application number: DE102012102719A
Authority: DE
Inventors: Albert Schomerus
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-02
Also published as: US20150296656A1; WO2013143568A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem (100) für ein elektrisches System (300), aufweisend zumindest eine Wärmequelle (50) in Form zumindest eines elektrischen Bauteils (52), ein Tragwerk (200), insbesondere zur Aufnahme mechanischer Lasten, und eine Wärmetransportvorrichtung (10) mit wenigstens einem Wärmerohr (20), welches an seinem ersten Ende (20a) mit einer ersten Koppelvorrichtung (22) an der Wärmequelle (50) und an seinem zweiten Ende (20b) mit einer zweiten Koppelvorrichtung (24) an dem Tragwerk (200) in wärmeübertragender Weise gekoppelt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein elektrisches System.
Kühlsysteme für elektrische Systeme sind grundsätzlich bekannt. Zumeist werden sie eingesetzt, um Abwärme von Netzgeräten abzuführen, um Beschädigungen der Netzgeräte durch zu hohe Temperaturen zu vermeiden. So ist es bekannt, dass bei Netzteilen von elektrischen Systemen neben der Wirkleistung auch eine Verlustleistung entsteht. Bei Netzteilen im Bereich von 400 Watt Nennleistung entsteht zum Beispiel eine Verlustleistung von bis zu ca. 80 Watt, welche im Wesentlichen ausschließlich als Wärme abzuführen ist. Bekannte elektrische Systeme weisen hierfür Kühlsysteme auf, die zumeist als Kühlkörper direkt am elektrischen System beziehungsweise an einem elektrischen Bauteil des elektrischen Systems ausgebildet sind. Solche Kühlkörper sind häufig mit Kühlrippen versehen, um die Oberfläche eines solchen Kühlkörpers zu maximieren. Trotzdem ist es zum Teil nicht möglich, über die erhöhte Oberfläche den notwendigen Wärmestrom abzuführen. Dementsprechend ist es bei bekannten elektrischen Systemen häufig notwendig eine Zwangskonvektion der umgebenden Luft im Bereich der Kühlrippen durchzuführen. Hierzu werden Lüftervorrichtungen eingesetzt, die zum Einen zusätzlichen Bauraum benötigen und zum Anderen eine Geräuschemission im Betrieb erzeugen. Ein solches System ist dementsprechend relativ laut. Beispielsweise ist aus der DE 10 2008 054 958 A1 eine solche Vorrichtung für die Anwendung im Bereich von Kraftfahrzeugen bekannt.
Nachteilhaft bei bekannten Systemen ist neben der notwendigen Zwangskonvektion, durch den Lüfter und die entsprechende Lautstärke, dass relativ viel Bauraum für solche elektrischen Systeme notwendig ist. Insbesondere bei relativ hohen Verlustleistungen und der entsprechenden hohen Wärmemenge, welche abzuführen ist, sind große Kühlkörper und/oder große Zwangskonvektionsanlagen in Form von Lüftungen notwendig. Insbesondere bei der Verwendung für Anzeigevorrichtungen ist dieses Platzproblem von entscheidender Bedeutung, da nicht in beliebiger Weise Platz für große Kühlkörper zur Verfügung gestellt werden kann. Die hohe Lautstärke der Lüfter wird, insbesondere bei Darstellungen auf der Anzeigevorrichtung mit leisem Ton oder ohne Ton, als störend wahrgenommen, während dies bei einer Anwendung im Fahrzeug aufgrund der Fahrgeräusche nicht der Fall ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bekannter Kühlsysteme für elektrische Systeme zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlsystem für ein elektrisches System, ein Kühlsystem für eine Anzeigevorrichtung sowie eine Anzeigevorrichtung mit einem Kühlsystem zur Verfügung zu stellen, welche in kostengünstiger, einfacher und Platz sparender Weise eine effiziente Kühlung des elektrischen Systems, insbesondere bei einer Anzeigevorrichtung zur Verfügung stellen kann.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Kühlsystem für ein elektrisches System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kühlsystem für eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Unteransprüchen und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Kühlsystem für ein elektrisches System weist zumindest eine Wärmequelle in Form zumindest eines elektrischen Bauteils auf. Weiter ist ein Tragwerk, insbesondere zur Aufnahme mechanischer Lasten, vorgesehen. Auch ist eine Wärmetransportvorrichtung vorgesehen, welche mit wenigstens einem Wärmerohr ausgestattet ist. Das Wärmerohr weist an seinem ersten Ende eine erste Koppelvorrichtung und an seinem zweiten Ende eine zweite Koppelvorrichtung auf. Über die erste Koppelvorrichtung ist das Wärmerohr an der Wärmequelle und über die zweite Koppelvorrichtung an dem Tragwerk in wärmeübertragender Weise gekoppelt. Die Wärmetransportvorrichtung stellt also die wärmeübertragende Verbindung zwischen dem Tragwerk einerseits und der Wärmequelle andererseits her. Weiter weist die Wärmequelle eine Trägerplatte auf, auf welcher das zumindest eine elektrische Bauteil in wärmeübertragender Weise befestigt ist und an welche die erste Koppelvorrichtung gekoppelt ist. Diese Trägerplatte dient insbesondere als Sammelvorrichtung für Wärme von dem zumindest einen elektrischen Bauteil. Insbesondere bei der Verwendung von mehr als einem elektrischen Bauteil, also bei zwei oder mehr elektrischen Bauteilen, kann diese Trägerplatte der Sammlung der Abwärme sämtlicher elektrischer Bauteile dienen. Die gesammelte Wärme kann über eine einzige erste Koppelvorrichtung an ein einziges Wärmerohr übergeben werden. Somit kann auch bei komplexen Ausbildungen der Wärmequelle die Komplexität für ein erfindungsgemäßes Kühlsystem möglichst gering gehalten werden. Auch kann durch das Vorsehen der Trägerplatte die Position beziehungsweise der Ort der Ankopplung der ersten Koppelvorrichtung verschoben werden, so dass auch hier die Positionierungsflexibilität für die Positionierung der Wärmequelle, insbesondere der elektrischen Bauteile, erhöht wird. Selbstverständlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch mehr als ein Wärmerohr für eine Wärmetransportvorrichtung verwendet werden. Dabei weist jedes Wärmerohr eine entsprechende erste und zweite Koppelvorrichtung auf.
Die Wärmequelle in Form zumindest eines elektrischen Bauteils kann insbesondere ein Netzteil sein. Befindet sich ein solches Netzteil innerhalb eines Rahmens einer Anzeigevorrichtung, so muss bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem kein separater Kühlkörper mehr vorgesehen werden. Die Kühlung wird durch ein bereits vorhandenes Bauteil, nämlich das Tragwerk, zur Verfügung gestellt. Das Tragwerk erfüllt damit im Sinne der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Doppelfunktion. So ist das Tragwerk zum einen dafür ausgelegt die Tragwerksfunktion, also insbesondere die Aufnahme mechanischer Lasten, zu erfüllen. Zusätzlich zu dieser mechanischen Funktion wird eine wärmetechnische Funktion erfüllt, nämlich die Abführung der Wärme aus der Wärmequelle. Damit kann das Tragwerk über seine große Oberfläche die von der Wärmetransportvorrichtung zur Verfügung gestellte Wärme in gewünschter Weise abführen. Da ein Tragwerk, insbesondere zur Aufnahme mechanischer Lasten, eine relativ große Masse und/oder eine relativ große Oberfläche aufweist, sind separate Kühlkörper für den Abtransport zumindest eines Teils der Wärme nicht mehr notwendig. So wird bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem die Kompaktheit des elektrischen Systems, insbesondere der Wärmequelle in Form zumindest eines elektrischen Bauteils, erhöht Bei einer Anzeigevorrichtung kann ein tragender Rahmen als das Tragwerk im Sinne der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein.
Durch das Wärmerohr erfolgt in besonders positiver und schneller Weise die Abfuhr der Wärme vom elektrischen Bauteil beziehungsweise der Wärmequelle. Ein Wärmerohr, welches auch als Heatpipe bekannt ist, weist für die Übertragung von Wärme besonders geringe Wärmeleitwiderständen auf. Hierfür ist im Inneren des Wärmerohrs zumindest ein Innenraum vorgesehen, welcher mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist. Das Arbeitsmedium ist sowohl im gasförmigen, als auch im flüssigen Aggregatszustand im Innenraum des Wärmerohrs vorgesehen. Der flüssige Teil des Arbeitsmediums befindet sich im Bereich der Wärmequelle und wird beim Einbringen von Wärme von der Wärmequelle verdampft. In gasförmigem Aggregatszustand bewegt sich das Arbeitsmedium durch Konvektion in Richtung der Wärmesenke, also bei der vorliegenden Erfindung in Richtung der zweiten Koppelvorrichtung, und kann dort an der Außenwandung des Wärmerohrs kondensieren. Das Kondensat wird im Inneren des Wärmerohrs zurückgeführt in Richtung der Wärmequelle. Dieses Rückführen kann ebenfalls durch Zwangskonvektion zum Beispiel über Schwerkraftförderung erfolgen. Auch andere Fördersysteme, zum Beispiel in Form von Kapillaren sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.
Als Arbeitsmedium wird bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem insbesondere ein kostengünstiges Fluid verwendet. Dies kann zum Beispiel Wasser, insbesondere destilliertes Wasser, oder ein ähnliches Fluid sein. Die Arbeitstemperaturen der elektrischen Bauteile der Wärmequelle liegen vorzugsweise unter circa 100°C. Insbesondere sind zulässige Maximaltemperaturen für die elektrischen Bauteile von bis zu circa 90°C zu berücksichtigen. Dementsprechend kann auch die zugehörige Wärmemenge berechnet werden, welche notwendig ist, um diese Maximaltemperatur durch die Abfuhr von Wärme über die Wärmetransportvorrichtung zu unterschreiten.
Ein Tragwerk im Sinne der vorliegenden Erfindung kann auch aus mehreren einzelnen Strukturbauteilen bestehen. Diese können sich zusammen zu einem Tragwerk zusammensetzen, welches auch als Rahmen oder Rahmenstruktur ausgebildet sein kann. Befindet sich ein erfindungsgemäßes Kühlsystem bei einer Anzeigevorrichtung im Einsatz, so handelt es sich bei dem Tragwerk vorzugsweise um zumindest Bestandteile einer tragenden Rahmenstruktur der Anzeigevorrichtung.
Das Tragwerk beziehungsweise einzelne Strukturbauteile des Tragwerks wirken auf diese Weise insbesondere als Wärmesenke des Kühlsystems. Damit können in Doppelfunktion die Masse und/oder die Oberfläche, welche für die mechanische Funktion des Tragwerks vorhanden und notwendig ist, als sekundäre Funktion zur Abfuhr der von der Wärmetransportvorrichtung zugeführten Wärme dienen.
Ein elektrisches System kann zum Beispiel ein Batterieladegerät oder eine Stromversorgung, insbesondere für eine Anzeigevorrichtung sein. Auch Leistungsumrichter oder Leistungselektroniken sind im Sinne der vorliegenden Erfindung ein elektrisches System.
Ein erfindungsgemäßes Kühlsystem kann dahingehend weitergebildet sein, dass die erste Koppelvorrichtung und/oder die zweite Koppelvorrichtung Verbindungsmittel für die mechanische Verbindung mit der Wärmequelle und/oder dem Tragwerk aufweisen. Solche Verbindungsmittel können zum Beispiel Nieten, Schrauben oder Stiftverbindungen sein. Sie dienen dazu, zusätzlich zur wärmeübertragenden Kopplung auch eine mechanische Kopplung zwischen der Wärmequelle und der ersten Koppelvorrichtung beziehungsweise dem Tragwerk und der zweiten Koppelvorrichtung zur Verfügung zu stellen. Damit wird sichergestellt, dass auch im Betrieb des Kühlsystems die gewünschte wärmeübertragende Kopplung bestehen bleibt. Die Verbindungsmittel können zum Beispiel auch in irreversibler Weise ausgebildet sein, indem sie vorzugsweise als Klebeflächen oder Schweißnähte ausgebildet sind. Insbesondere sind die beiden Koppelvorrichtungen mit Flächenkontakten versehen, welche insbesondere als ebene Flächenkontakte zur Wärmequelle und/oder zum Tragwerk ausgeführt sind. Diese Flächenkontakte werden mit der gewünschten Flächenpressung dahingehend über die Verbindungsmittel positioniert, dass möglichst kein oder nur ein geringer Luftspalt zwischen den Flächenkontakten verbleibt. Ein solcher Luftspalt würde ansonsten in wärmeisolierender Weise wirken und die Wärmeübertragung aus der Wärmetransportvorrichtung heraus beziehungsweise in die Wärmetransportvorrichtung hinein behindern.
Ein weiterer Vorteil wird dadurch erzielt, dass bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem das Wärmerohr wenigstens abschnittsweise einen abgeschlossenen Innenraum aufweist, in welchem ein Arbeitsmedium mit zum Teil gasförmiger und zum Teil flüssiger Weise enthalten ist. Unter einem abgeschlossenen Innenraum ist dabei insbesondere ein ummantelter Innenraum zu verstehen, welcher innerhalb eines Gehäuses des Wärmerohrs ausgebildet ist. Das Wärmerohr weist als Arbeitsmedium in seinem Innenraum vorzugsweise Wasser, insbesondere destilliertes Wasser, oder ein Wassergemisch auf. Die Flüssigkeit ist vorzugsweise im Bereich der Wärmequelle und das Gas beziehungsweise ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch (Dampf) im Bereich der Wärmesenke vorgesehen. Auf diese Weise kann mit besonders geringem Wärmeleitwiderstand, nämlich durch Konvektion des gasförmigen Arbeitsmediums und Kondensation des Arbeitsmediums im Bereich der Wärmesenke, ein Wärmetransport stattfinden.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem das Wärmerohr zumindest abschnittsweise in seinem Innenraum eine Kapillarvorrichtung aufweist, welche eine Rückführung von kondensiertem Arbeitsmedium im Inneren des Wärmerohrs in Richtung der Wärmequelle unabhängig von der Schwerkraft ermöglicht. Eine solche Kapillarvorrichtung kann insbesondere einen Docht oder ein Dochtsystem aufweisen. Diese Kapillarvorrichtung dient dazu, dass bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem das Wärmerohr beziehungsweise die Wärmetransportvorrichtung noch flexibler positioniert werden kann. Dies führt zu einer freieren Auswahl der Anordnung der Wärmequelle im Inneren einer Anzeigevorrichtung beziehungsweise relativ zum Tragwerk. Insbesondere können auf diese Weise auch Wärmetransportrichtungen quer beziehungsweise entgegen der Schwerkraftrichtung eingesetzt werden. Dies erhöht die Flexibilität der Anordnung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems weiter. Das Wärmerohr selbst ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise flexibel ausgebildet. So dient es zusätzlich einer Vibrationsentkopplung zwischen der Wärmequelle einerseits und dem Tragwerk andererseits. Darüber hinaus ist auf diese Weise ein Ausgleich von Wärmedehnungen, Fertigungstoleranzen und Verformungen zum Beispiel durch Verwindung möglich
Vorteilhaft ist es weiter, wenn es sich bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem bei dem zumindest einen elektrischen Bauteil um eine Leistungselektronikkomponente, insbesondere in Form eines Brick-Moduls, handelt. Vorzugsweise findet in der Leistungselektronikkomponente eine Transformation statt. Zum Beispiel kann es sich um einen Wechselrichter beziehungsweise um einen Gleichrichter handeln, welcher insbesondere Wechselstrom zu Gleichstrom oder Gleichstrom zu Gleichstrom richtet. Auch ist ein direktes Ankoppeln dieser Leistungselektronikkomponente an das Wärmerohr der Wärmetransportvorrichtung über die erste Koppelvorrichtung denkbar. Auch bei dieser Ausführungsform ist kein separater Kühlkörper für die einzelnen Leistungselektronikkomponenten notwendig. Verfügt diese Leistungselektronikkomponente über Anschlussflächen für einen Kühlkörper, so können diese Anschlussflächen für die Ankopplung der ersten Koppelvorrichtung verwendet werden. Das Brick-Modul ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Leistungselektronikkomponente, da sie durch Standardabmessungen besonders kostengünstig hergestellt und eingesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, wenn bei dem Kühlsystem zwischen der ersten Koppelvorrichtung und der Wärmequelle und/oder zwischen der zweiten Koppelvorrichtung und dem Tragwerk zumindest abschnittsweise ein Wärmeübertragungsmittel, insbesondere eine Wärmeübertragungspaste, angeordnet ist. Ein solches Wärmeübertragungsmittel, insbesondere in Form einer Wärmeübertragungspaste, dient dazu, den Abstand zwischen der jeweiligen Koppelvorrichtung und der Wärmequelle beziehungsweise dem Tragwerk dahingehend einzustellen, dass ein Luftspalt zwischen den beiden benachbarten Bauteilen vollständig oder im Wesentlichen vollständig vermieden wird. Darüber hinaus soll ein solches Wärmeübertragungsmittel dazu dienen, dass Wärmeübergangswiderstände an der jeweiligen Oberfläche in Summe reduziert werden. Insbesondere bei entsprechender Materialwahl für die Koppelvorrichtung und die Wärmequelle beziehungsweise die zweite Koppelvorrichtung und das Tragwerk kann auf diese Weise ein ungünstiges Materialverhältnis von Wärmeübergangswiderständen vermieden werden. Dies führt dazu, dass ein lokaler Hitzestau bei der Wärmeübertragung an einer der beiden Koppelvorrichtungen verhindert werden kann.
Ein weiterer Vorteil kann dann erzielt werden, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem das Tragwerk aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist. Insbesondere weist der Werkstoff wenigstens eines der folgenden Materialien auf:

– Aluminium
– Stahl
– Edelstahl
– Eisengussmaterial

Das Vorsehen eines metallischen Werkstoffes für das Tragwerk bringt den Vorteil mit sich, dass diese Materialien relativ hohe Wärmeleitfähigkeiten und damit einhergehend geringe Wärmeleitwiderstände aufweisen. Darüber hinaus dient die metallische Ausbildung dazu, auch die primäre Funktionalität des Tragwerks, nämlich die notwendige mechanische Stabilität zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäße Kühlsysteme können dahingehend weitergebildet sein, dass das Tragwerk als Rahmen oder als Rahmenabschnitt einer Anzeigevorrichtung ausgebildet ist
Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem die Wärmequelle, insbesondere eine Trägerplatte und/oder das zumindest eine elektrische Bauteil, eine Kontaktfläche für die Kopplung mit der ersten Koppelvorrichtung in wärmeübertragender Weise aufweist. Eine Kontaktfläche ist dabei insbesondere eine ebene oder im Wesentlichen ebene Fläche. Die Ausrichtung der Kontaktfläche beziehungsweise die geometrische Ausbildung dieser Kontaktfläche korrespondiert vorzugsweise mit einer konträren Gegenkontaktfläche der ersten Koppelvorrichtung. So kann hier vorzugsweise ein Formschluss hergestellt werden, der einen Luftspalt zwischen der Kontaktfläche der Wärmequelle und der ersten Koppelvorrichtung im Wesentlichen gänzlich vermeidet. Die Kontaktfläche ist vorzugsweise möglichst groß ausgebildet, um einen möglichst guten Wärmeübertragungskontakt für die Übertragung ausreichend großer Wärmeströme zur Verfügung stellen zu können.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem das Tragwerk eine Kontaktfläche für die Kopplung mit der zweiten Koppelvorrichtung in wärmeübertragender Weise aufweist. Wie bereits im voranstehenden Absatz beschrieben, können die gleichen Vorteile auch beim wärmeübertragenden Kontakt zwischen dem Tragwerk und der zweiten Koppelvorrichtung durch eine entsprechende Kontaktfläche erzielt werden.
Ein weiterer Vorteil wird dann erzielt, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem die erste Koppelvorrichtung und/oder die zweite Koppelvorrichtung zusätzlich zur Kopplung in elektrisch leitender Weise ausgebildet sind. Zum Beispiel kann es sich bei einer der beiden Koppelvorrichtungen um einen Stecker beziehungsweise einen Steckkontakt handeln. Wird zum Beispiel die erste Koppelvorrichtung an ein Netzteil an einer Steckdose gekoppelt, so kann am gegenüberliegenden Ende die zweite Koppelvorrichtung als Stecker für eine Versorgungssteckdose einer Anzeigevorrichtung ausgebildet sein. Durch die zusätzliche Ausbildung in Form eines Wärmerohres der Wärmetransportvorrichtung wird vom Netzteil die Wärme auf diese Weise in den Rahmen der Anzeigevorrichtung überführt, so dass ein Kühlkörper am Netzteil vollständig vermieden werden kann. Die Anzeigevorrichtung beziehungsweise der Rahmen der Anzeigevorrichtung dient auf diese Weise der Abführung der Wärme, welche vom Netzteil erzeugt wird.
Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem das Tragwerk wenigstens abschnittsweise mit ebener oder im Wesentlichen ebener Oberfläche ausgebildet ist. Dies reduziert den konstruktiven und materialtechnischen Aufwand für das Tragwerk. Darüber hinaus wird die mechanische Stabilität verbessert, da Kerbwirkungen und Einkerbungen vermieden oder reduziert werden.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Kühlsystem für eine Anzeigevorrichtung aufweisend zumindest eine Wärmequelle in Form zumindest eines elektrischen Bauteils, ein Tragwerk, insbesondere zur Aufnahme mechanischer Lasten, und eine Wärmetransportvorrichtung mit wenigstens einem Wärmerohr, welches an seinem ersten Ende mit einer ersten Koppelvorrichtung an der Wärmequelle und an seinem zweiten Ende mit einer zweiten Koppelvorrichtung an dem Tragwerk in wärmeübertragender Weise gekoppelt ist. Dieses Kühlsystem ist insbesondere in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet und bringt daher die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich zu dem erfindungsgemäßen Kühlsystem für ein elektrisches System erläutert worden sind.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anzeigevorrichtung mit einem Kühlsystem für ein elektrisches System, aufweisend zumindest eine Wärmequelle in Form zumindest eines elektrischen Bauteils, ein Tragwerk, insbesondere zur Aufnahme mechanischer Lasten, und eine Wärmetransportvorrichtung mit wenigstens einem Wärmerohr, welches an seinem ersten Ende mit einer ersten Koppelvorrichtung an der Wärmequelle und an seinem zweiten Ende mit einer zweiten Koppelvorrichtung an dem Tragwerk in wärmeübertragender Weise gekoppelt ist. Das Kühlsystem ist vorzugsweise in erfindungsgemäßer Art ausgebildet. Damit bringt eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Kühlsystem erläutert worden sind. Eine derartige Anzeigevorrichtung kann zum Beispiel ein Monitor oder eine Vielzahl von Monitoren sein. Auch die Verwendung einer Vielzahl von einzelnen Anzeigemodulen, insbesondere LED-Modulen als Anzeigevorrichtung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. Insbesondere handelt es sich dabei um Großbildlanzeigen, zum Beispiel auf Bühnen, als Werbetafeln oder ähnliches.
Die voranstehende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren. Die dabei verwendeten Begrifflichkeiten „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ beziehen sich auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen schematisch:
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems,
2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems,
3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems und
4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems.
In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems 100 dargestellt. Diese Ausführungsform weist eine Wärmeübertragungsvorrichtung 10 auf, welche zur Wärmeübertragung von einer Wärmequelle 50 zu einem Strukturbauteil 70 eines Tragwerks 200 ausgebildet ist. Um diese Wärmeübertragung beziehungsweise diesen Wärmetransport durchführen zu können, ist die Wärmetransportvorrichtung 10 mit einem Wärmerohr 20 ausgebildet. Dieses Wärmerohr 20 weist einen Innenraum auf, welcher mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist. Das Arbeitsmedium ist an einem ersten Ende 20a des Wärmerohrs 20 in im Wesentlichen flüssigen Zustand vorliegend. Am gegenüberliegenden zweiten Ende 20b des Wärmerohrs 20 ist im Innenraum das Arbeitsmedium im Wesentlichen gasförmig vorliegend, so dass es an den Innenwänden des Wärmerohrs 20 am zweiten Ende 20b kondensieren kann.
Um in gewünschter Weise die Wärme von der Wärmequelle 20 zum Tragwerk 200 übertragen zu können, ist das Wärmerohr 20 mit einer ersten Koppelvorrichtung 22 an einem ersten Ende 20a ausgebildet. Weiter weist das Wärmerohr 20 an seinem zweiten Ende 20b eine zweite Koppelvorrichtung 24 auf. Die erste Koppelvorrichtung 22 ist in wärmeübertragender Weise mit der Wärmequelle 50 gekoppelt. Hierbei gerät diese Koppelvorrichtung 22 in wärmeübertragenden Kontakt mit der Kontaktfläche 56 der Wärmequelle 50 und kann über diese Kontaktfläche 56 die Abwärme von der Wärmequelle 50 abführen. Nach dem Transport innerhalb des Wärmerohrs durch Verdampfen und Kondensieren des Arbeitsmediums im Inneren des Wärmerohres wird über die zweite Koppelvorrichtung 24 über die Kontaktfläche 72 des Strukturbauteils 70 die Wärme an das Tragwerk 200 abgegeben.
Das Tragwerk 200 ist in angedeuteter Weise als Rahmen, insbesondere als Rahmen oder Strukturrahmen einer Anzeigevorrichtung, ausgebildet. Die einzelnen Strukturbauteile 70 können integrale Baubestandteile des Tragwerks 200 sein. Auch können sie separate Bauteile sein, die durch Verschrauben, Vernieten oder Verschweißen zu einem gemeinsamen Tragwerk 200 zusammengesetzt worden sind.
In 2 ist ein Abschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems 100 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist in größerer Detaillierung der Anschluss der zweiten Koppelvorrichtung 24 am zweiten Ende 20b des Wärmerohrs 20 an das Tragwerk 200 dargestellt. Mit anderen Worten wird hier die Wärmesenke der Wärmetransportvorrichtung 10 dargestellt. Über ein Verbindungsmittel 26, bei dieser Ausführungsform in Form einer Schraube, ist die zweite Koppelvorrichtung 24 an dem Tragwerk 200 befestigt, insbesondere verschraubt. Alternativ kann als Verbindungsmittel 26 auch ein Niet- oder ein Verbindungsstift eingesetzt werden.
Bei der Ausführungsform der 2 ist zusätzlich für eine Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen der zweiten Koppelvorrichtung 24 und dem Tragwerk 200, insbesondere dem Strukturbauteil 70, ein Wärmeübertragungsmittel 28 vorgesehen. Dies kann zum Beispiel als Wärmeübertragungspaste ausgebildet sein, so dass eine Luftspalte zwischen der zweiten Koppelvorrichtung 24 und dem Strukturbauteil 70 des Tragwerks 200 vermieden oder im Wesentlichen vermieden werden. Auch ist in 2 die Kontaktfläche 72 zu erkennen, auf welcher sich das Wärmeübertragungsmittel 28 zur wärmeübertragenden Kopplung mit der zweiten Koppelvorrichtung 24 befindet.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems 100 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind mehrere elektrische Bauteile 52, nämlich zwei elektrische Bauteile 52, vorgesehen. Sie sind auf einer gemeinsamen Trägerplatte 54 angeordnet und bilden so zusammen die Wärmequelle 50. Die Trägerplatte 54 kann auch als Sammelplatte für die von den einzelnen elektrischen Bauteilen 52 erzeugte Wärme dienen. So wird die erzeugte Wärme von den elektrischen Bauteilen 52 über die Trägerplatte 54 verteilt, insbesondere in Richtung der Ankopplung an die erste Koppelvorrichtung 22 geleitet. So kann bei dieser Ausführungsform trotz mehr als einem elektrischen Bauteil 52 eine einzige Wärmetransportvorrichtung 10 mit einem einzigen Wärmerohr 20 ausreichen, um die Abwärme abzuführen. Die Abführung erfolgt auch hier über das Wärmerohr 20 an eine zweite Koppelvorrichtung 24 zum Strukturbauteil 70 eines Tragwerkes 200. Auch hier ist dieses Tragwerk 200 zur Abstützung mechanischer Lasten, zum Beispiel als Rahmenstruktur einer Anzeigevorrichtung, ausgebildet.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems 100 dargestellt. Hier wurde die Wärmetransportvorrichtung 10 mit einer zusätzlichen Funktionalität ausgestattet. So ist die Wärmetransportvorrichtung 10, insbesondere das Wärmerohr 20, mit einer elektrisch leitenden Funktion ausgeführt. Es sind zusätzlich elektrische Kontakte 30 an der zweiten Koppelvorrichtung 24 vorgesehen. Über diese elektrischen Kontakte 30 kann ein elektrisches Kontaktieren zwischen der zweiten Koppelvorrichtung 24 und elektrischen Kontakten 74 des Strukturbauteils 70 des Tragwerks 200 erfolgen. Mit anderen Worten kann die zweite Koppelvorrichtung 24 als Stecker ausgebildet sein, der in einen entsprechenden Steckkontakt des Tragwerks 200 eingesteckt wird. Ist das Tragwerk 200 zum Beispiel Teil einer Anzeigevorrichtung, so kann die entsprechende Kontaktsteckvorrichtung für die zweite Koppelvorrichtung 24 als Versorgungssteckdose einer Anzeigevorrichtung ausgebildet sein.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung nur im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Wärmetransportvorrichtung
20: Wärmerohr
20a: Erstes Ende
20b: Zweites Ende
22: Erste Koppelvorrichtung
24: Zweite Koppelvorrichtung
26: Verbindungsmittel
28: Wärmeübertragungsmittel
30: Elektrischer Kontakt
50: Wärmequelle
52: Elektrisches Bauteil
54: Trägerplatte
56: Kontaktfläche
70: Strukturbauteil
72: Kontaktfläche
74: Elektrischer Kontakt
100: Kühlsystem
200: Tragwerk
300: Elektrisches System

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008054958 A1 [0002]

Claims

Kühlsystem (100) für ein elektrisches System (300), aufweisend zumindest eine Wärmequelle (50) in Form zumindest eines elektrischen Bauteils (52), ein Tragwerk (200), insbesondere zur Aufnahme mechanischer Lasten, und eine Wärmetransportvorrichtung (10) mit wenigstens einem Wärmerohr (20), dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (20) an seinem ersten Ende (20a) mit einer ersten Koppelvorrichtung (22) an der Wärmequelle (50) und an seinem zweiten Ende (20b) mit einer zweiten Koppelvorrichtung (24) an dem Tragwerk (200) in wärmeübertragender Weise gekoppelt ist, wobei die Wärmequelle (50) eine Trägerplatte (54) aufweist, auf welcher das zumindest eine elektrische Bauteil (52) in wärmeübertragender Weise befestigt ist und an welche die erste Koppelvorrichtung (22) gekoppelt ist.
Kühlsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Koppelvorrichtung (22) und/oder die zweite Koppelvorrichtung (24) Verbindungsmittel (26) für die mechanische Verbindung mit der Wärmequelle (50) und/oder dem Tragwerk (200) aufweisen.
Kühlsystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (20) wenigstens abschnittsweise einen abgeschlossenen Innenraum aufweist, in welchem ein Arbeitsmedium in zum Teil gasförmiger und zum Teil flüssiger Weise enthalten ist.
Kühlsystem (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (20) zumindest abschnittsweise in seinem Innenraum eine Kapillarvorrichtung aufweist, welche eine Rückführung von kondensiertem Arbeitsmedium im Inneren des Wärmerohrs (20) in Richtung der Wärmequelle (50) unabhängig von der Schwerkraft ermöglicht.
Kühlsystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zumindest einen elektrischen Bauteil (52) um eine Leistungselektronikkomponente, insbesondere in Form eines Brick-Moduls, handelt.
Kühlsystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Koppelvorrichtung (22) und der Wärmequelle (50) und/oder zwischen der zweiten Koppelvorrichtung (24) und dem Tragwerk (200) zumindest abschnittsweise ein Wärmeübertragungsmittel (28), insbesondere eine Wärmeübertragungspaste, angeordnet ist.
Kühlsystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragwerk (200) aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist, insbesondere wenigstens eines der folgenden Materialien aufweist: – Aluminium – Stahl – Edelstahl – Eisengussmaterial
Kühlsystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragwerk (200) als Rahmen oder als Rahmabschnitt einer Anzeigevorrichtung ausgebildet ist.
Kühlsystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (50), insbesondere eine Trägerplatte (54) und/oder das zumindest eine elektrische Bauteil (52), eine Kontaktfläche (56) für die Kopplung mit der ersten Koppelvorrichtung (22) in wärmeübertragender Weise aufweist.
Kühlsystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragwerk (200) eine Kontaktfläche (72) für die Kopplung mit der zweiten Koppelvorrichtung (24) in wärmeübertragender Weise aufweist.
Kühlsystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Koppelvorrichtung (22) und/oder die zweite Koppelvorrichtung (24) zusätzlich zur Kopplung in elektrisch leitender Weise ausgebildet sind.
Kühlsystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragwerk (200) wenigstens abschnittsweise mit ebener oder im Wesentlichen ebener Oberfläche ausgebildet ist.
Kühlsystem (100) für eine Anzeigevorrichtung, aufweisend zumindest eine Wärmequelle (50) in Form zumindest eines elektrischen Bauteils (52), ein Tragwerk (200), insbesondere zur Aufnahme mechanischer Lasten, und eine Wärmetransportvorrichtung (10) mit wenigstens einem Wärmerohr (20), welches an seinem ersten Ende (20a) mit einer ersten Koppelvorrichtung (22) an der Wärmequelle (50) und an seinem zweiten Ende (20b) mit einer zweiten Koppelvorrichtung (24) an dem Tragwerk (200) in wärmeübertragender Weise gekoppelt ist.
Kühlsystem (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
Anzeigevorrichtung mit einem Kühlsystem (100) für ein elektrisches System (300), aufweisend zumindest eine Wärmequelle (50) in Form zumindest eines elektrischen Bauteils (52), ein Tragwerk (200), insbesondere zur Aufnahme mechanischer Lasten, und eine Wärmetransportvorrichtung (10) mit wenigstens einem Wärmerohr (20), welches an seinem ersten Ende (20a) mit einer ersten Koppelvorrichtung (22) an der Wärmequelle (50) und an seinem zweiten Ende (20b) mit einer zweiten Koppelvorrichtung (24) an dem Tragwerk (200) in wärmeübertragender Weise gekoppelt ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.