DE102015205985A1 - Cooling device for installation-independent cooling - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Gehäuses, umfassend: – eine zu kühlende Fläche (2); – mehrere sternförmig auf der zu kühlenden Fläche (2) angeordnete längliche stegartig hervorstehende Kühlrippenstrukturen (4, 4a, 4b), die zu einem Zentrumsbereich (Z) der zu kühlenden Fläche (2) ausgerichtet sind.The invention relates to a cooling device for cooling a housing, comprising: a surface to be cooled (2); - A plurality of star-shaped on the surface to be cooled (2) arranged elongated web-like projecting cooling fin structures (4, 4a, 4b), which are aligned to a center region (Z) of the surface to be cooled (2).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft Kühlvorrichtungen, insbesondere passive Kühlvorrichtungen, die auf einer Fläche mit Rippenstrukturen ausgebildet sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Anordnung von Kühlrippenstrukturen auf zu kühlende Flächen.The invention relates to cooling devices, in particular passive cooling devices, which are formed on a surface with rib structures. In particular, the present invention relates to the arrangement of cooling fin structures on surfaces to be cooled.
Zur Abführung von Verlustwärme werden beispielsweise Außenflächen von Gehäusen für elektronische Baugruppen mit Kühlrippen versehen, um durch eine Vergrößerung der Fläche mit der umgebenden Luft den thermischen Widerstand zwischen der zu kühlenden Fläche und der Umgebung zu reduzieren. Auch können die Kühlrippen bei einer Anströmung mit einem Luftstrom zu Verwirbelungen führen, wodurch die Wärmeabführung weiterhin verbessert wird. Üblicherweise werden zu kühlende Flächen mit parallel verlaufenden stegartigen Kühlrippen versehen, da diese einfach herzustellen sind.To remove heat loss, for example, outer surfaces of housings for electronic assemblies are provided with cooling fins to reduce the thermal resistance between the surface to be cooled and the environment by increasing the area with the surrounding air. The cooling fins can also lead to turbulences when flowing with an air flow, whereby the heat dissipation is further improved. Usually to be cooled surfaces are provided with parallel web-like cooling fins, since they are easy to manufacture.
Parallel verlaufende Kühlrippen haben jedoch den Nachteil, dass eine Kühlwirkung erheblich von der Lage der Kühlfläche bezüglich eines Schwerkraftsvektors abhängt. Da bei passiven Kühlvorrichtungen die Kühlung maßgeblich durch Konvektion der erwärmten Luft stattfindet, kann sich eine Luftströmung gut zwischen den Kühlrippen ausbilden, wenn die Kühlrippen parallel zum Schwerkraftvektor verlaufen und dadurch eine Wärmeabführung gewährleisten. Verlaufen die Kühlrippen senkrecht zum Schwerkraftvektor, verläuft die Luftströmung über die Kühlrippen hinweg, und zwischen den Kühlrippen findet im Wesentlichen keine Luftbewegung statt, so dass der Oberflächen vergrößernde Effekt der Kühlrippen nahezu wirkungslos bleibt.However, parallel cooling fins have the disadvantage that a cooling effect depends significantly on the position of the cooling surface with respect to a gravity vector. Since the cooling takes place mainly by convection of the heated air in passive cooling devices, an air flow can form well between the cooling fins, if the cooling fins run parallel to the gravity vector and thereby ensure heat dissipation. If the cooling fins run perpendicular to the gravity vector, the air flow runs over the cooling fins, and substantially no air movement takes place between the cooling fins, so that the surface-enlarging effect of the cooling fins remains virtually ineffective.
Gehäusebauteile mit einer aufgebrachten Kühlvorrichtung werden häufig einstückig als Gussbauteil gefertigt. Jedoch kann ein solches Gehäusebauteil mit einer mit parallel verlaufenden Kühlrippen versehenen Außenfläche zu einem erhöhten Korrekturaufwand im Gusswerkzeug führen, da die Kühlrippen in ihrer Längsrichtung versteifen, das Bauteil quer dazu labil bleibt und sich beim Erkalten verziehen kann.Housing components with an applied cooling device are often manufactured in one piece as a cast component. However, such a housing component with an outer surface provided with parallel cooling ribs can lead to an increased correction effort in the casting tool, since the cooling ribs stiffen in their longitudinal direction, the component remains transversely unstable and can distort on cooling.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird durch die Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Gehäuse mit einer solchen Kühlvorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.This object is achieved by the cooling device according to claim 1 and a housing with such a cooling device according to the independent claim.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further embodiments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Gehäuses vorgesehen, umfassend:
- – eine zu kühlende Fläche;
- – mehrere sternförmig auf der zu kühlenden Fläche angeordnete längliche stegartig hervorstehende Kühlrippenstrukturen, die zu einem Zentrumsbereich der zu kühlenden Fläche ausgerichtet sind.
- A surface to be cooled;
- - Several star-shaped arranged on the surface to be cooled elongated web-like protruding fin structures, which are aligned to a center region of the surface to be cooled.
Eine Idee der obigen Kühlvorrichtung besteht darin, Kühlrippenstrukturen sternförmig auf einer zu kühlenden Fläche anzuordnen, so dass bei einer parallel zum Schwerkraftsvektor angeordneten zu kühlenden Fläche sich stets eine Luftströmung zwischen benachbarten Kühlrippenstrukturen ausbilden kann. Dadurch ist eine verbesserte Wärmeabführung unabhängig von einer parallel zum Schwerkraftsvektor verlaufenden Einbaulage möglich. One idea of the above cooling device is to arrange cooling rib structures in a star shape on a surface to be cooled, so that an air flow between adjacent cooling rib structures can always be formed when the surface to be cooled is arranged parallel to the gravity vector. As a result, an improved heat dissipation is independent of a parallel to the gravity vector mounting position possible.
Verläuft die zu kühlende Fläche senkrecht zum Schwerkraftsvektor, insbesondere mit nach oben weisenden Kühlrippenstrukturen, so kann sich durch die Anordnung der Kühlrippenstrukturen ein Kamineffekt ausbilden, der eine Luftströmung zwischen den Kühlrippenstrukturen hindurch zur Mitte der Kühlvorrichtung bewirkt und über der Mitte ein Kamineffekt aufgrund der Konvektion der gesammelten erwärmten Luft entsteht. Somit ist es möglich, eine Kühlvorrichtung zu schaffen, mit der nahezu einbaulagenunabhängig eine verbesserte Kühlwirkung erreicht werden kann. If the surface to be cooled runs perpendicular to the gravity vector, in particular with the cooling fin structures pointing upwards, a chimney effect can form through the arrangement of the cooling fin structures, which causes an air flow between the cooling fin structures to the center of the cooling device and a chimney effect on the center due to the convection of the collected heated air arises. Thus, it is possible to provide a cooling device, with the almost installation position independent improved cooling effect can be achieved.
Weiterhin ermöglicht die sternförmige Anordnung der Kühlrippenstrukturen bei einer einstückigen Ausbildung auf der zu kühlenden Fläche eine Versteifung der Oberflächenstruktur in beiden Flächenrichtungen.Furthermore, the star-shaped arrangement of the cooling fin structures in a one-piece design on the surface to be cooled allows stiffening of the surface structure in both surface directions.
Insgesamt kann durch die obige Kühlvorrichtung eine effiziente Kühlwirkung unabhängig von der Ausrichtung des Bauteils bezüglich des Schwerkraftsvektors unter Berücksichtigung einer maximalen Verwindungssteifigkeit erreicht werden.Overall, an efficient cooling effect can be achieved by the above cooling device regardless of the orientation of the component with respect to the gravity vector, taking into account a maximum torsional rigidity.
Weiterhin können die sternförmig angeordneten Kühlrippenstrukturen nicht direkt verbunden sein und insbesondere einen vorgegebenen Mindestabstand von insbesondere mehr als 2 mm, bevorzugt mehr als 3mm, zueinander aufweisen. Durch den Mindestabstand zwischen den Kühlrippenstrukturen wird erreicht, dass sich zwischen den Kühlrippenstrukturen stets eine Luftströmung ausbilden kann, die nicht durch die Wandreibverluste bzw. Wandströmungsverluste durch enge Kanalführung behindert wird. Insbesondere wird durch Einhalten des Mindestabstands zwischen den Kühlrippenstrukturen gewährleistet, dass sich eine Luftströmung zwischen den Kühlrippenstrukturen ausbilden kann. Bei einem zu geringen Abstand führen Wandströmungsverluste in der Regel dazu, dass sich keine Luftströmung ausbildet.Furthermore, the star-shaped cooling fin structures can not be directly connected and in particular have a predetermined minimum distance of in particular more than 2 mm, preferably more than 3 mm, to each other. Due to the minimum distance between the cooling rib structures, it is achieved that an air flow can always form between the cooling rib structures, which is not obstructed by the wall friction losses or wall flow losses due to narrow ducting. In particular, it is ensured by maintaining the minimum distance between the cooling rib structures that an air flow can form between the cooling rib structures. If the distance is too short, wall flow losses will result As a rule, no air flow is formed.
Insbesondere kann ein Maximalabstand der Kühlrippenstrukturen auf der zu kühlenden Fläche vorgesehen sein, der insbesondere der Summe einer Breite der Kühlrippenstrukturen und des vorgegebenen Mindestabstands entspricht. In particular, a maximum distance of the cooling rib structures on the surface to be cooled may be provided, which in particular corresponds to the sum of a width of the cooling rib structures and the predetermined minimum distance.
Es kann vorgesehen sein, dass erste Kühlrippenstrukturen, die einen Teil der sternförmig angeordneten Kühlrippenstrukturen darstellen, in einen den Zentrumsbereich umgebenden Mittenbereich bis zum Rand des Zentrumsbereichs geführt sind. Durch den Mindestabstand zwischen den Kühlrippenstrukturen wird erreicht, dass in einem Mittenbereich, in dem die Kühlrippenstrukturen zusammenlaufen, keine oder nur ein Teil der Kühlrippenstrukturen hineingeführt sind und die übrigen Kühlrippenstrukturen entsprechend außerhalb des Mittenbereichs enden. It can be provided that first fin structures, which form part of the star-shaped cooling rib structures, are guided in a center region surrounding the center region up to the edge of the center region. Due to the minimum distance between the cooling rib structures, it is achieved that in a central region in which the cooling rib structures converge, no or only a part of the cooling rib structures are guided in and the other cooling rib structures end correspondingly outside the center region.
Weiterhin kann der Zentrumsbereich einem Bereich entsprechen, der durch die aufeinander zu weisenden Enden der ersten Kühlrippenstrukturen definiert ist, wobei die aufeinander zu weisenden Enden der ersten Kühlrippenstrukturen einen Abstand aufweisen, der einem vorgegebenen Mindestabstand der Kühlrippenstrukturen entspricht. Furthermore, the center region can correspond to a region which is defined by the mutually facing ends of the first fin structures, wherein the mutually facing ends of the first fin structures have a distance corresponding to a predetermined minimum distance of the fin structures.
Die Enden der ersten Kühlrippenstrukturen können mit einem im Zentrumsbereich angeordneten insbesondere ringförmigen Verbindungselement verbunden sein. Das Verbindungselement kann zur Versteifung der zu kühlenden Fläche dienen. The ends of the first fin structures may be connected to a particular annular connecting element arranged in the center region. The connecting element can serve to stiffen the surface to be cooled.
Gemäß einer Ausführungsform kann die zu kühlende Fläche polygonal sein, wobei die äußeren Enden eines Teils der ersten Kühlrippenstrukturen zu den Ecken der zu kühlende Fläche verlaufen. Durch die Anordnung der ersten Kühlrippenstrukturen von den Ecken der zu kühlenden Fläche bis zum Zentrumsbereich kann eine besonders hohe Steifigkeit des Bauteils erreicht werden, auf dem die zu kühlende Fläche sich befindet.According to one embodiment, the surface to be cooled may be polygonal with the outer ends of a portion of the first fin structures extending to the corners of the surface to be cooled. By arranging the first cooling rib structures from the corners of the surface to be cooled to the center region, a particularly high rigidity of the component can be achieved, on which the surface to be cooled is located.
Die Kühlrippenstrukturen können eine Höhe aufweisen, die etwa das 1 bis 10-fache ihrer durchschnittlichen Breite entspricht. Dadurch werden Verhältnisse der Abmessungen der Kühlrippenstrukturen definiert, die zu einer besonders effektiven Führung der Luftströmung entlang der Kühlrippenstrukturen führen.The fin structures may have a height that is about 1 to 10 times their average width. As a result, ratios of the dimensions of the cooling rib structures are defined, which lead to a particularly effective guidance of the air flow along the cooling rib structures.
Es kann vorgesehen sein, dass die Kühlrippenstrukturen einen rechteckigen oder sich hin zur oder weg von der zu kühlenden Fläche verjüngenden Querschnitt aufweisen. It can be provided that the cooling rib structures have a rectangular or tapering towards or away from the surface to be cooled.
Gemäß eines weiteren Aspekts kann ein Gehäuse oder Gehäuseteil mit einer Außenseite, die eine zu kühlende Fläche darstellt, und mit der obigen Kühlvorrichtung vorgesehen sein.According to a further aspect, a housing or housing part may be provided with an outside which is a surface to be cooled and with the above cooling device.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Das Gehäuseteil, auf dem sich die zu kühlende Fläche
Die zu kühlende Fläche
Die Kühlvorrichtung mit der zu kühlenden Fläche
Es wurde festgestellt, dass sich zwischen den Kühlrippenstrukturen
Insbesondere bei einer sternförmigen Anordnung der Kühlrippenstrukturen
Im gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich lediglich sechs der Kühlrippenstrukturen
Für eine bessere Stabilität des Gehäuses
Dadurch wird die Stabilität des gesamten Gehäuses
Es wurde festgestellt, dass aufgrund der Geschwindigkeitsgrenzschicht von Luft ein Mindestabstand der Kühlrippenstrukturen
Weiterhin ist vorgesehen, dass abhängig von den Abmessungen der zu kühlenden Fläche
Insbesondere kann der Verlauf und die Ausrichtung der ersten Kühlrippenstrukturen
Wie man aus
In den
Claims (11)
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