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Die Erfindung betrifft ein Kühlmodul und ein Elektronikgerät. Seit etwa 180 Jahren ist der Effekt des Ultraschall-Windes bekannt. Dieser Ultraschall-Wind kann zum Kühlen von elektronischen Bauteilen und Baugruppen, insbesondere von Leistungsbauteilen wie etwa Hochleistungs-LEDs (LED = Light Emitting Diode) eingesetzt werden. Typischerweise reicht allerdings der Ultraschall-Wind alleine nicht aus, um elektronische Bauteile und Baugruppen wie etwa Leistungsbauteile hinreichend zu kühlen. Vielmehr ist es häufig erforderlich, die Kühlwirkung des Ultraschall-Windes durch weitere Phänomene zu unterstützen und zu verstärken. Beispielsweise ist aus
WO 2013/150071 A2 ein resonantes Verfahren bekannt, welches nach dem Prinzip einer gedackten Orgelpfeife arbeitet und den Kühleffekt des Ultraschall-Windes um fast eine Größenordnung verstärkt. Gleichwohl bleibt es wünschenswert, die Kühlwirkung des Ultraschallwindes weiter zu verstärken.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Kühlmodul anzugeben, welches insbesondere eine verbesserte Kühlwirkung des Ultraschall-Windes erlaubt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Elektronikgerät zu schaffen, welches ein verbessertes Kühlmodul aufweist.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Kühlmodul mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Elektronikgerät mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
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Das erfindungsgemäße Kühlmodul weist einen Kühlkörper zur Kühlung eines Leistungsbauteils, eine Ultraschallquelle sowie ein zwischen Ultraschallquelle und Kühlkörper angeordnetes Resonanzrohr auf. Das Resonanzrohr ist ausgebildet, den durch das Resonanzrohr strömenden Luftstrom, zumindest auch, in einer umfänglichen Vorzugsrichtung zu leiten. Bei dem erfindungsgemäßen Kühlmodul wird daher die Ausbildung des akustischen Windes erheblich begünstigt. Infolge der umfänglichen Leitung des Luftstroms gewinnt der Luftstrom gewissermaßen einen Drall. Dieser Drall sorgt an der Grenzfläche zum Kühlkörper für zusätzliche Wirbelbildung, so dass eine isolierende Luftschicht, welche sich an der Grenzfläche zwischen Kühlkörper und Luft ausbilden kann, verringert wird. Die Kühlwirkung des erfindungsgemäßen Kühlmoduls ist folglich gegenüber dem Stand der Technik verbessert.
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Zweckmäßigerweise ist das Kühlmodul im Übrigen derart dimensioniert, wie in
WO 2013/150071 A2 beschrieben. Insbesondere ist das Resonanzrohr, soweit nicht in dieser Beschreibung abweichend beschrieben, derart dimensioniert und angeordnet wie in
WO 2013/150071 A2 beschrieben.
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Besonders zweckmäßig ist dabei vorgesehen, dass die Ultraschallquelle zur Erzeugung von Ultraschallwellen einer vorgegebenen Wellenlänge ausgebildet ist und der Abstand zwischen der Ultraschallquelle und dem Kühlkörper einem ganzzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge entspricht. Auf diese Weise lässt sich der mittels des Ultraschallwindes hervorgerufene Kühleffekt aufgrund sich ausbildender Resonanzen im Resonanzrohr deutlich verstärken.
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Bevorzugt entspricht bei dem erfindungsgemäßen Kühlmodul der mittlere Durchmesser des Resonanzrohres im Wesentlichen der Wellenlänge. Unter dem mittleren Durchmesser des Resonanzrohres ist dabei vorzugsweise derjenige Durchmesser zu verstehen, der Durchmesser eines verglichen mit dem Innenquerschnitt des Resonanzrohres flächengleichen Kreises ist. Es versteht sich, dass ein im Wesentlichen der Wellenlänge entsprechender Durchmesser des Resonanzrohres von der Wellenlänge auch geringfügig, d.h. insbesondere um höchstens ein Achtel der Wellenlänge, vorzugsweise um höchstens ein Sechzehntel der Wellenlänge, idealerweise um höchstens ein Zweiunddreißigstel der Wellenlänge, abweichen kann. Resonanzen lassen im Resonanzrohr sich in diesem Falle besonders einfach anregen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmoduls weist dieses innerhalb des Resonanzrohrs zumindest ein, insbesondere innenumfänglich am Resonanzrohr angeordnetes, Strömungsleitmittel auf. So kann das Resonanzrohr zweckmäßigerweise kreiszylindrisch ausgebildet sein, wobei das Strömungsleitmittel wulstförmig oder scharfkantig ausgebildet ist.
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Weiter bevorzugt ist das zumindest eine Strömungsleitmittel schraubenförmig ausgebildet, insbesondere als schraubenförmiger Blechstreifen. Auch in dieser Weiterbildung der Erfindung wird eine Luftströmung mit Drall erzeugt.
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Alternativ oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt weist bei dem Kühlmodul in einer Weiterbildung der Erfindung das Resonanzrohr zumindest eine Durchbrechung auf, welche radial und umfänglich verläuft. Durch den erfindungsgemäß notwendigerweise zumindest auch umfänglichen Verlauf der Durchbrechung erhält durch die Durchbrechung in das Resonanzrohr einströmende Luft ebenfalls eine Strömungsbewegung in umfänglicher Richtung, also ebenfalls einen Drall.
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Zweckmäßigerweise bildet die zumindest eine Durchbrechung in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmoduls einen Schlitz, insbesondere einen Längsschlitz. In dieser Weiterbildung als Schlitz oder Längsschlitz kann ein hoher Zustrom von Luft in das Resonanzrohr erfolgen, so dass der Drall möglichst stark ausgebildet ist.
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Besonders bevorzugt erstreckt sich der zumindest eine Längsschlitz über mehr als 50%, zweckmäßig aber mehr als 75% und insbesondere über mehr als 90% der Längsabmessung des Resonanzrohrs.
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In einer zu den vorgenannten Weiterbildungen zusätzlichen oder alternativen und ebenfalls bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmoduls weist das Resonanzrohr eine Innenquerschnittskontur in Form eines Polygons auf. Die Ecken dieses Polygons laufen bei Fortschreiten entlang der Längsausdehnung des Resonanzrohrs umfänglich um. Auch in dieser Weiterbildung der Erfindung weist das Resonanzrohr des erfindungsgemäßen Kühlmoduls ein umfängliches Führungsprofil auf, welches durch das Resonanzrohr strömende Luft umfänglich führt. Entsprechend erhält auch in dieser Weiterbildung der Erfindung durch das Resonanzrohr strömende Luft einen Drall in umfänglicher Richtung.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmoduls beschreiben die Ecken des Polygons bei Fortschreiten entlang der Längsausdehnung des Resonanzrohrs gerade Innenkanten. Das Resonanzrohr lässt sich in dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmoduls sehr einfach fertigen.
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Das erfindungsgemäße Elektronikgerät weist ein Leistungsbauteil und ein zur Kühlung vorhandenes Kühlmodul wie zuvor beschrieben auf. Der Kühlkörper des Kühlmoduls ist zur Kühlung des Leistungsbauteils ausgebildet und angeordnet. Zweckmäßigerweise entspricht die Anordnung grundsätzlich derjenigen der Ausführungsbeispiele der Druckschrift
WO 2013/150071 A2 .
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
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1 ein erfindungsgemäßes Kühlmodul schematisch im Längsschnitt,
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2A ein Resonanzrohr des erfindungsgemäßen Kühlmoduls gem. 1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung,
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2B einen Querschnitt des Resonanzrohrs gemäß 2A,
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3A ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Resonanzrohres des erfindungsgemäßen Kühlmoduls gem. 1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung,
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3B das Resonanzrohr gem. 3A schematisch im Querschnitt,
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Resonanzrohres des erfindungsgemäßen Kühlmoduls gem. 1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung sowie
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5 ein erfindungsgemäßes Elektronikgerät schematisch im Längsschnitt.
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Das in 1 dargestellte erfindungsgemäße Kühlmodul weist einen Kühlkörper C zur Kühlung eines Leistungsbauteils, eine Ultraschallquelle in Form einer Sonotrode S sowie ein zwischen Sonotrode S und Kühlkörper C angeordnetes Resonanzrohr 5 auf. Das Resonanzrohr 5 ist wie nachfolgend beschrieben zur Leitung eines durch das Resonanzrohr 5 strömenden Luftstroms A in einer umfänglichen Vorzugsrichtung ausgebildet. Infolge dieser umfänglichen Leitung des Luftstroms A gewinnt der Luftstrom A gewissermaßen einen Drall. Dieser Drall sorgt an der Grenzfläche zum Kühlkörper C für zusätzliche Wirbelbildung, so dass eine isolierende Luftschicht, welche sich am Kühlkörper C ausbilden kann, verringert wird.
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Die Sonotrode S ist zur Erzeugung von Ultraschallwellen einer vorgegebenen Wellenlänge ausgebildet. Der Abstand zwischen der Sonotrode S und Kühlkörper C entspricht einem ganzzahligen Vielfachen eines Viertels dieser Wellenlänge. Der mittlere Durchmesser D des Resonanzrohres 5 beträgt eine Wellenlänge.
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Das in den 2A und 2B im Detail dargestellte Resonanzrohr 5 des im 1 gezeigten erfindungsgemäßen Kühlmoduls weist einen Querschnitt auf, dessen Konturen radial innenliegend und radial außenliegend jeweils mit der kreisförmigen innen- oder außenliegenden Kontur eines Kreisrings K zusammenfallen. Das Resonanzrohr 5 weist sich in Längsrichtung L des Resonanzrohrs 5 erstreckende Durchbrechungen 10 auf, welche die gesamte Längserstreckung des Resonanzrohrs 5 einnehmen. Auf diese Weise bilden die Durchbrechungen 10 Schlitze, hier Längsschlitze, aus. Die Durchbrechungen verlaufen entlang von 45° in umfänglicher Richtung des Resonanzrohrs 5. Entlang dieser 45° erstrecken sich die Durchbrechungen 10 vom Außenumfang des Resonanzrohrs 5 zum Innenumfang. Die Durchbrechungen 10 verengen sich nach innen düsenförmig, das heißt die Durchbrechungen 10 verengen sich in der durch die umfängliche und radiale Richtung R aufgespannte Ebene beim Fortschreiten durch die Durchbrechungen 10 radial nach innen.
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Infolge der Längserstreckung der Durchbrechungen 10 entlang der gesamten Längsabmessung des Resonanzrohrs 5 zerfällt das Resonanzrohr 5 wie in den 2A und 2B dargestellt in einzelne Längslamellen 15. Diese werden mittels einer umfänglichen Manschette 20 zusammengehalten, an welcher die Längslamellen befestigt sind.
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Das in den 3A und 3B dargestellte Resonanzrohr 5‘ ersetzt in einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlmoduls das Resonanzrohr 5 des in 1 dargestellten Kühlmoduls. Das Resonanzrohr 5‘ ist grundsätzlich ähnlich demjenigen gemäß der 2A und 2B aufgebaut. Im Unterschied zum zuvor erläuterten Resonanzrohr 5 jedoch weist das Resonanzrohr 5‘ keinen Querschnitt auf, dessen Innen- und Außenkonturen radial innen- und außenliegend mit denjenigen eines Kreisrings K zusammenfallen, sondern die Längslamellen 15‘ des Resonanzrohrs 5‘ weisen im Unterschied dazu einen wellenförmigen Querschnitt auf. Mittels dieses wellenförmigen Querschnitts werden ähnlich dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sich düsenförmig ins Innere des Resonanzrohrs 5‘ verengende und sich entlang der gesamten Längserstreckung des Resonanzrohrs 5‘ sich erstreckende Schlitze gebildet.
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Das in 4 dargestellte Resonanzrohr 5‘‘ ersetzt in einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlmoduls die Resonanzrohre 5, 5‘ der zuvor beschriebenen Kühlmodule. Das Resonanzrohr 5‘‘ weist eine Innenquerschnittskontur I eines Polygons, im dargestellten Ausführungsbeispiel eines Sechseckes, auf. Die Ecken dieses Sechsecks laufen bei Fortschreiten entlang der Längserstreckung des Resonanzrohrs 5‘‘, mithin in Längsrichtung L, umfänglich um.
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Die Ecken des Sechseckes laufen bei Fortschreiten entlang der Längserstreckung des Resonanzrohrs 5‘‘ derart um, dass die Ecken gerade Innenkanten 25 beschreiben. Derart ist gewissermaßen ein verdrilltes Sechskantrohr gebildet, welches folglich dem durch das Resonanzrohr 5‘‘ strömenden Luftstrom einen umfänglichen Drall aufzwingt. In weiteren, nicht gesondert gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Polygon ein regelmäßiges Vieleck mit abweichender Anzahl von Ecken.
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In einem weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlmoduls ist das Resonanzrohr kreiszylindrisch aufgebaut und weist innerhalb oder an der Wand entlang laufend eine schraubenförmige, wulstförmige oder scharfkantige Struktur auf, etwa in der Art sich schraubenförmig erstreckender Blechstreifen.
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Weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Kühlmodule ergeben sich jeweils aus den Ausführungsbeispielen der Kühlvorrichtungen der Druckschrift
WO 2013/150071 A2 , in welchen jeweils die dort beschriebenen kreiszylindrischen Resonanzrohre durch die Resonanzrohre mit einer Gestalt wie oben beschreiben ersetzt werden.
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Das in 5 dargestellte Elektronikgerät weist ein Leistungsbauteil L und ein zur Kühlung vorhandenes Kühlmodul M wie zuvor beschrieben auf. Der Kühlkörper C des Kühlmoduls M ist zur Kühlung des Leistungsbauteils L flächig ausgebildet und flächig am Leistungsbauteil L anliegend angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2013/150071 A2 [0001, 0005, 0005, 0015, 0032]
