-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einer Kühlvorrichtung nach Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. Zum Kühlen wärmeerzeugender elektronischer Bauelemente wie zum Beispiel Prozessoren sind Kühlvorrichtungen bestehend aus einem Kühlkörper und einem Lüfter bekannt. Der Kühlkörper dient dazu, die wärmeabgebende Oberfläche des Bauelementes zu vergrößern und somit die Wärmeableitung an die den Kühlkörper umgebende Luft zu verstärken. Der Lüfter sorgt dafür, dass die erwärmte Luft aus der Nähe des Kühlkörpers abtransportiert und kältere Luft zugeführt wird.
-
Aus der
DE 100 18 702 B4 ist eine Kühlvorrichtung für eine elektronische Komponente bekannt. Hierbei besteht die Kühlvorrichtung aus einer Aluminiumplatte, die auf die elektronische Komponente aufkleb- oder klemmbar ist und die mit einem Aluminiumblech verbunden ist. Das Aluminiumblech ist über eine mit Kühlmittel gefüllte Kühlleitung mit einem Kühlkörper verbunden. In einer Ausführungsform weist der Kühlkörper eine Vielzahl von Kühlrippen auf, die parallel zueinander angeordnet sind, und eine Belüftung erfolgt parallel zu den Kühlrippen über einen stirnseitig an dem Kühlkörper angebrachten Lüfter.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die durch den Lüfter hervorgerufene Kühlwirkung nicht auf den Kühlkörper beschränkt bleibt. Durch das Herausragen der von dem Lüfterrad überstrichenen Fläche über die von einer Stirnseite des Kühlkörpers, an der der Lüfter befestigt ist, gebildete Fläche kann der Lüfter gleichzeitig zur Kühlung weiterer Komponenten eingesetzt werden, die derart benachbart zum Kühlkörper angeordnet sind, dass sie von der von dem Lüfterrad überstrichenen Fläche erreicht werden. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kühlvorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, den Kühlkörper einstückig mit einem Flansch zur Aufnahme des Lüfters zu fertigen. Dies bietet den Vorteil, dass der Fertigungsschritt des Anbringens einer separaten Lüfterhalterung an den Kühlkörper eingespart wird. Zusätzlich wird durch das Einsparen einer separaten Lüfterhalterung der benötigte Bauraum reduziert. Darüber hinaus wird durch die einstückige Fertigung des Flansches mit dem Kühlkörper eine besonders stabile Halterung für den Lüfter geboten.
-
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Kühlvorrichtung weist der Flansch eine Öffnung auf, durch die der von dem Lüfter erzeugte Luftstrom hindurchtreten kann. Durch die geschlossene Umrandung der Öffnung ergibt sich eine weitere stabilisierende Wirkung für die Aufnahme des Lüfters.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung sieht vor, dass der Lüfter über mindestens eine in dem Lüfter befindliche Öffnung auf mindestens einen Pin aufgesteckt wird, der sich an dem Kühlkörper oder Flansch befinden kann. Hierdurch wird eine einfache Positionierung des Lüfters relativ zum Kühlkörper gewährleistet. Insbesondere sind Ausführungsformen mit drei oder vier Pins vorteilhaft, die dann an dem Flansch und/oder Kühlkörper angeordnet sein können. Hierdurch lässt sich das Spiel bei der Positionierung des Lüfters relativ zum Kühlkörper in der Ebene senkrecht zur Pinachse reduzieren.
-
Besonders vorteilhaft ist es, zwischen der Auflagefläche des Lüfters an dem Kühlkörper und/oder Flansch und dem Lüfter zumindest abschnittsweise eine elastische Unterlage anzuordnen. Hierdurch wird eine Dämpfung der von dem Lüfter während des Lüfterbetriebes an den Kühlkörper weitergegebenen Bewegungen und Geräusche erzielt. Weiterhin wird durch die elastische Unterlage ein Toleranzausgleich bezüglich der Passform der Auflagepunkte des Lüfters an dem Kühlkörper und/oder Flansch relativ zum Lüfter ermöglicht.
-
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Kühlvorrichtung erfolgt die Befestigung des Lüfters an dem Kühlkörper und/oder Flansch mittels Federelementen. Insbesondere sind Ausführungsformen denkbar, bei denen die Befestigung über auf die Pins aufgebrachte Klemmscheiben oder über eine seitlich an dem Flansch befestigte Verklipsung, beispielsweise über ein Blech-Stanz-Biegeteil erfolgt. Hierdurch wird die Montage des Lüfters an dem Kühlkörper und/oder Flansch vereinfacht. Wenn zusätzlich zur Befestigung des Lüfters an dem Kühlkörper und/oder Flansch mittels Federelementen eine elastische Unterlage zwischen der Auflagefläche des Lüfters an dem Kühlkörper und/oder Flansch und dem Lüfter angeordnet wird, ergibt sich der Vorteil, dass durch das Erzeugen einen Vorspannkraft das Spiel bei der Positionierung von Lüfter und Kühlkörper bezüglich ihres Abstandes zueinander reduziert wird.
-
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung sieht vor, dass der Kühlkörper mindestens ein einstückig mit dem Kühlkörper gefertigtes Befestigungselement zur Befestigung der Kühlvorrichtung an einem in ihrer Umgebung befindlichen Element aufweist. Dies bietet den Vorteil, dass der Fertigungsschritt des Anbringens mindestens eines separaten Befestigungselementes an den Kühlkörper eingespart wird.
-
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung verläuft die Rotationsachse des Lüfterrades parallel zu an dem Kühlkörper angeordneten Kühlrippen. Somit fließt der Kühlluftstrom direkt durch die Kühlrippen, wodurch eine gute Wärmeabfuhr gewährleistet wird. Zusätzlich kommt es bei dieser Anordnung zu einer besonders geringen Verwirbelung des Luftstromes, wodurch die Geräuschentwicklung reduziert wird.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine durch die Kühlvorrichtung zu kühlende elektronische Bauelement unmittelbaren Kontakt zum Kühlkörper aufweist. Hierdurch wird die Ableitung der von dem Bauelement erzeugten Wärme verbessert.
-
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung sieht vor, dass zwischen Kühlkörper und Leiterplatte ein Spalt ausgebildet ist und die von dem Lüfterrad überstrichene Fläche in den Spalt hinein- oder über ihn hinausragt. Auf diese Art wird vorteilhaft zusätzlich zum Kühlkörper, zumindest abschnittsweise, ebenfalls die dem Kühlkörper zugewandte Seite der Leiterplatte gekühlt. Zusätzlich kann der Luftstrom in dem Spalt eine Kühlwirkung auf weitere elektronische Bauelemente ausüben, die auf der dem Kühlkörper zugewandten Seite der Leiterplatte angeordnet sind.
-
Durch ein Herausragen der von dem Lüfterrad überstrichenen Fläche bis über die dem Kühlkörper abgewandte Seite der Leiterplatte hinaus, wie in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung vorgesehen, kann der Lüfter, zumindest abschnittsweise, dazu eingesetzt werden, die dem Kühlkörper abgewandte Seite der Leiterplatte zu kühlen. Dasselbe gilt für auf der dem Kühlkörper abgewandten Seite der Leiterplatte angeordnete elektronische Bauelemente.
-
Ausführungsbeispiel
-
Zeichnung
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Erklärung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, angeordnet auf der Leiterplatte mit zu kühlendem elektronischen Bauelement.
-
2 eine Schrägansicht des Kühlkörpers aus der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gemäß 1,
-
3 eine Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, in einer weiteren als der in 1 dargestellten Ausführungsform mit Befestigung des Lüfters an dem Kühlkörper durch seitliche Verklipsung mit Klemmblechen.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung kann prinzipiell zum Kühlen elektronischer Bauelemente in einer beliebigen Anwendung eingesetzt werden. Insbesondere ist der Einsatz vorteilhaft bei Anwendungen, bei denen auch die Leiterplattenober- und -unterseite zu kühlen ist, bei denen der zur Verfügung stehende Bauraum begrenzt ist und bei denen der Übertrag von Geräuschen und Schwingungen des Lüfters auf den Kühlkörper gering zu halten ist. Dies kann beispielsweise bei Anzeigeinstrumenten in Kraftfahrzeugen der Fall sein. Daher wird die vorliegende Erfindung im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, bei dem der Lüfter auch die Leiterplattenober- und -unterseite kühlt, da hierauf weitere wärmeerzeugende elektronische Bauelemente angeordnet sind. Außerdem wird daher zur Beschreibung der Erfindung eine Ausführungsform gewählt, bei der der Flansch zur Aufnahme des Lüfters einstückig mit dem Kühlkörper gefertigt ist und bei der Unterlegscheiben aus Gummi an den Auflagestellen des Lüfters an dem Kühlkörper beziehungsweise Flansch angeordnet sind.
-
In 1 ist eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung dargestellt. An einem Kühlkörper 1 ist stirnseitig ein Lüfter 2 angeordnet. Unter dem Lüfter 2 ist dabei eine Anordnung aus einem Lüftergehäuse 3, einem Lüfterrad 4 mit einer Rotationsachse 5 und einem Antrieb (nicht dargestellt) zu verstehen. Die Stirnseite 6 des Kühlkörpers 1, an der der Lüfter 2 angeordnet ist, kann dabei prinzipiell eine beliebige Außenfläche des Kühlkörpers 1 sein. Mit der von der Stirnseite 6 gebildeten Fläche ist dabei die Querschnittsfläche des Kühlkörpers 1 an derjenigen Seite des Kühlkörpers 1, an der der Lüfter 2 angeordnet ist, entlang der Rotationsachse 5 des Lüfterrades 4 zu verstehen. Zur Beschreibung des Ausführungsbeispiels ist in 1 ein kartesisches Koordinatensystem eingezeichnet. Die Rotationsachse 5 des Lüfterrades 4 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel entlang der x-Achse. Die Stirnseite 6 des Kühlkörpers 1, an der der Lüfter 2 angeordnet ist, verläuft parallel zu y-z-Ebene.
-
Der Kühlkörper 1 besteht bevorzugt aus Aluminium, es sind jedoch auch andere Materialien wie beispielsweise Magnesium, Kupfer oder Legierungen denkbar. Zur Herstellung des Kühlkörpers 1 kann beispielsweise ein Druckgussverfahren eingesetzt werden. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Kühlkörper 1 parallel zur Rotationsachse 5 des Lüfterrades 4, das heißt parallel zur x-Achse verlaufende Kühlrippen 7 auf. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen nur ein Teil der Kühlrippen parallel zur Rotationsachse des Lüfterrades verläuft oder die Kühlrippen allesamt nicht entlang der Rotationsachse des Lüfterrades ausgerichtet sind. Auch sind Ausführungsformen ohne Kühlrippen vorstellbar.
-
In diesem Ausführungsbeispiel weist der Kühlkörper 1 eine unmittelbare Kontaktierung zu einem elektrischen Bauelement 8 auf. Unter der unmittelbaren Kontaktierung ist dabei allgemein auch der Fall zu verstehen, in dem zwischen Kühlkörper 1 und elektronischem Bauelement 8 ein Objekt angeordnet ist, das der Wärmeleitung dient. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um ein Wärmeleitpad 9. In weiteren Ausführungsformen kann die Kontaktierung auch mithilfe anderer wärmeleitenden Medien oder ohne Zwischenmedium erfolgen. Das elektronische Bauelement 8 ist auf einer Leiterplatte 10 angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel parallel zur x-z-Ebene verläuft. Falls weitere auf der Leiterplatte 10 angeordnete Bauelemente eine verstärkte Kühlung benötigen, sind auch Ausführungsformen mit mehreren unmittelbar durch den Kühlkörper kontaktierten Bauelementen möglich.
-
Wie in 2 dargestellt, weist der Kühlkörper 1 in diesem Ausführungsbeispiel einen einstückig mit dem Kühlkörper 1 gefertigten Flansch 11 zur Aufnahme des Lüfters 2 auf. Es ist jedoch auch denkbar, eine separate Halterung für den Lüfter an dem Kühlkörper anzubringen. Auch sind Ausführungsformen möglich, bei denen der Lüfter ohne Flansch an dem Kühlkörper befestigt wird. In diesem Ausführungsbeispiel bildet der Flansch 11 zusammen mit dem Kühlkörper 1 eine Öffnung 12 aus, durch die der Luftstrom des Lüfters 2 hindurchtreten kann und die eine geschlossene Umrandung 13 aufweist. In weiteren möglichen Ausführungsformen sind auch andersartig geformte Flansche denkbar, die keine geschlossene Umrandung mit dem Kühlkörper 1 ausbilden.
-
In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Positionierung des Lüfters 2 über vier Pins 14, 15. Dabei ist eine Gruppe von zwei Pins 14 unmittelbar an dem Kühlkörper 1 und eine andere Gruppe von zwei Pins 15 an dem Flansch 11 angeordnet. Allgemein ist dabei unter einem an dem Kühlkörper angeordneten Pin auch ein an dem Kühlkörper angeordnetes Befestigungselement zu verstehen, das einen Pin umfasst. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel umfassen die direkt an dem Kühlkörper 1 angeordneten Pins 14 eine Verlängerung von jeweils zwei Kühlrippen 16, die jeweils in eine Auflagefläche 17 übergeht, an der der Pin 14 befestigt ist. Das Lüftergehäuse 3 weist vier in seinen Ecken angeordnete Öffnungen 18 zur Aufnahme der Pins 14, 15 auf. In weiteren Ausführungsformen ist auch eine andere Anzahl an Pins, insbesondere eine Anzahl von drei Pins, möglich. Ebenfalls ist vorstellbar, die räumliche Anordnung der Pins an Kühlkörper und Flansch zu verändern. Beispielsweise könnten in einer flanschlosen Ausführungsform alle Pins direkt an dem Kühlkörper angeordnet sein.
-
Zwischen Kühlkörper 1 beziehungsweise Flansch 11 und Lüfter 2 sind in diesem Ausführungsbeispiel auf den Pins 14, 15 Unterlegscheiben 19 aus Gummi angeordnet. Hierfür können auch andere elastische Materialien, beispielsweise Filz eingesetzt werden. Ebenfalls sind andere Ausführungsformen denkbar, bei denen die elastische Unterlage nicht nur auf den Pins angeordnet ist. Beispielsweise könnte die gesamte Auflagefläche des Lüfters an dem Flansch mit dem elastischen Material bedeckt sein. Auch ist denkbar, gänzlich auf eine elastische Unterlage zu verzichten.
-
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Lüfter 2 an dem Kühlkörper 1 mithilfe von auf die Pins 14, 15 aufgebrachten Klemmscheiben 20 fixiert. In 3 ist eine weitere mögliche Ausführungsform dargestellt, bei der die Befestigung mithilfe zweier seitlicher Verklipsungen 21 an dem Flansch 11 mit einem Blech-Stanz-Biegeteil 22 erfolgt. Das Blech-Stanz-Biegeteil 22 ist dabei auf die dem Kühlkörper 1 abgewandte Seite des Lüfters 2 aufgebracht und bedeckt diese abgesehen von Öffnungen für die Pins 14, 15 und die von dem Lüfterrad 4 überstrichene Fläche 35 vollständig. In z-Richtung weist das Blech-Stanz-Biegeteil 22 zwei Verlängerungen auf. Diese sind derart um die Kanten 23 des Lüftergehäuses 3 gebogen, dass ihre Endstücke 24 parallel zu jeweils einer der beiden Seitenfläche des Lüftergehäuses 3 verlaufen, die parallel zur x-y-Ebene ausgerichtet sind. In den Endstücken 24 des Blech-Stanz-Biegeteils 22 befindet sich jeweils eine Öffnung 25, über die zusammen mit jeweils einem keilförmigen Überstand 36 an dem Flansch 11 die Verklipsung 21 erfolgt. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen denkbar, bei denen die Befestigung des Lüfters an dem Kühlkörper mithilfe von beispielsweise Schrauben oder Nieten erfolgt.
-
Für die Befestigung der Kühlvorrichtung an einem in ihrer Umgebung befindlichen Element sind in diesem Ausführungsbeispiel vier Befestigungselemente 26, 27 vorgesehen, von denen zwei 26 einstückig mit dem Kühlkörper 1 und zwei 27 einstückig mit dem Flansch 11 gefertigt sind. Eines der beiden an dem Kühlkörper angeordneten Befestigungselemente 26 wird in 1 durch den Kühlkörper 1 verdeckt. Die beiden an dem Kühlkörper befindlichen Befestigungselemente 26 sind in diesem Ausführungsbeispiel an den Seitenflächen des Kühlkörpers 1 angeordnet, die diesen in z-Richtung begrenzen. Wie in 1 dargestellt, sind sie in Form eines Winkels aufgebaut, dessen eine Seitenfläche 28 parallel zur x-y-Ebene und dessen zweite Seitenfläche 29 zweite Seitenfläche 29 parallel zur x-z-Ebene verläuft. Bei den an dem Flansch 11 angeordneten Befestigungselementen 27 ist ebenfalls eine parallel zur x-z-Ebene verlaufende Fläche 30 vorhanden. Diese und die parallel zur x-z-Ebene verlaufenden Seitenflächen 29 der Befestigungselemente an dem Kühlkörper 27 weisen Öffnungen 31 auf, durch die Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben, Nieten oder Pins, zur Befestigung der Kühlvorrichtung geführt werden können.
-
Wie in 1 dargestellt, ist in diesem Ausführungsbeispiel zwischen Kühlkörper 1 und Leiterplatte 11 abschnittsweise ein Spalt 32 ausgebildet, den die von dem Lüfterrad 4 überstrichene Fläche 35 überragt. Hierdurch gelangt der Luftstrom des Lüfters 2 in Bereiche der Leiterplatte 10, auf denen weitere elektronische Bauelemente angeordnet sind. Diese sind in 1 durch den Kühlkörper 1 verdeckt und daher nicht sichtbar. Somit werden diese Bauelemente ebenfalls von dem Luftstrom überstrichen und daher gekühlt. Ebenso ragt beim dargestellten Ausführungsbeispiel die von dem Lüfterrad 4 überstrichene Fläche 35 bis über die dem Kühlkörper 1 abgewandte Seite 33 der Leiterplatte 10 hinaus. Hierdurch werden auch die auf der dem Kühlkörper 1 abgewandten Seite 33 der Leiterplatte 10 befindlichen elektronischen Bauelemente 34 von dem Luftstrom des Lüfters 2 überstrichen und es wird eine Kühlwirkung auf sie ausgeübt. In weiteren Ausführungsformen können auch jeweils nur die dem Kühlkörper zu- oder abgewandte Seite der Leiterplatte beziehungsweise auf ihr angeordnete elektronische Bauelemente durch den von dem Lüfter 2 erzeugten Luftstrom gekühlt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
