DE102017103200A1

DE102017103200A1 - Cooling device for passive cooling of a computer system and computer system

Info

Publication number: DE102017103200A1
Application number: DE102017103200.2A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Kannler
Original assignee: Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Current assignee: Fujitsu Client Computing Ltd
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2018-08-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (7) zum passiven Kühlen eines Computersystems (1), aufweisend- einen Wärmeleitkern (8) mit einer unteren Oberfläche (12) zum Aufnehmen thermischer Energie von einer wärmeerzeugenden Komponente (6) und einer der unteren Oberfläche (12) gegenüberliegenden oberen Oberfläche (14); und- ein an dem Wärmeleitkern (8) angeordnetes Wärmeverteilerelement (9), welches mit einer Auflagefläche (16) auf der oberen Oberfläche (14) des Wärmeleitkerns (8) aufliegt, so dass die von dem Wärmeleitkern (8) aufgenommene thermische Energie über die obere Oberfläche (14) an das Wärmeverteilerelement (9) abgegeben werden kann; wobei an dem Wärmeverteilerelement (9) zumindest eine federnde Lasche (17) derart ausgebildet ist, dass diese - in einem verbauten Zustand der Kühlvorrichtung (7) in dem Computersystem (1) - unter mechanischer Spannung stehend mit einer Gehäusewand (3) des Computersystems (1) in thermischen Kontakt steht zur Abgabe der aufgenommenen thermischen Energie an die Gehäusewand (3).Die Erfindung betrifft auch ein Computersystem (1).The invention relates to a cooling device (7) for passively cooling a computer system (1), comprising - a heat conducting core (8) having a lower surface (12) for absorbing thermal energy from a heat generating component (6) and one of the lower surfaces (12) opposite upper surface (14); and - a heat spreader element (9) arranged on the heat conducting core (8), which rests with a bearing surface (16) on the upper surface (14) of the heat conducting core (8), so that the thermal energy absorbed by the heat conducting core (8) exceeds the thermal energy upper surface (14) can be delivered to the heat spreader element (9); wherein on the heat distribution element (9) at least one resilient tab (17) is formed such that - in a installed state of the cooling device (7) in the computer system (1) - under mechanical tension with a housing wall (3) of the computer system ( 1) is in thermal contact with the delivery of the absorbed thermal energy to the housing wall (3). The invention also relates to a computer system (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum passiven Kühlen eines Computersystems. Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch ein Computersystem mit einer solchen Kühlvorrichtung.The invention relates to a cooling device for the passive cooling of a computer system. The invention also relates to a computer system having such a cooling device.

Computersysteme, beispielsweise Desktop- oder Tower-Computer, erzeugen in ihrem Betrieb eine verhältnismäßig große Menge an Abwärme, die zum sicheren Betrieb des Computersystems abgeführt werden muss. Eine wesentliche Wärmequelle stellt dabei ein Prozessor des jeweiligen Computersystems dar. Derartige Computersysteme sind typicherweise mit einer Hauptplatine ausgestattet, an welcher ein Systemlüfter angeschlossen ist. Der Systemlüfter ist im Inneren eines Gehäuses des Computersystems angeordnet und saugt frische Umgebungsluft zum Kühlen in das Innere des Gehäuses ein. Hierbei weist das Gehäuse in der Regel nicht im Bereich des Systemlüfters, sondern auch in anderen Bereichen des Gehäuses Öffnungen auf, über welche die Luft ins Innere des Gehäuses gesogen werden kann.Computer systems, such as desktop or tower computers, generate a relatively large amount of waste heat in their operation, which must be dissipated for safe operation of the computer system. A major source of heat is a processor of the respective computer system. Such computer systems are typically equipped with a motherboard to which a system fan is connected. The system fan is located inside a housing of the computer system and draws fresh ambient air for cooling into the interior of the housing. In this case, the housing usually has not in the region of the system fan, but also in other areas of the housing openings through which the air can be sucked into the interior of the housing.

Für verschiedene Anwendungsfälle kann es jedoch erwünscht sein, auf eine aktive Kühlung des Computersystems mittels eines Lüfters zu verzichten. Beispielsweise in einer staubigen Umgebung kann es nachteilig sein, dass das Computersystem für das Ansaugen und Ausblasen der Kühlluft zur Umgebung hin geöffnet ist. Ein anderer Grund wäre beispielsweise der Einsatz des Computersystems in einem Dauerbetrieb, wobei ein Lüfter eine wartungs- und ausfallanfällige Komponente darstellen würde.For different applications, however, it may be desirable to dispense with active cooling of the computer system by means of a fan. For example, in a dusty environment, it may be disadvantageous that the computer system is open to aspirate and blow the cooling air to the environment. Another reason would be, for example, the use of the computer system in a continuous operation, wherein a fan would represent a maintenance and failure prone component.

Eine Aufgabe, welche der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Kühlkonzept für ein Computersystem zu beschreiben, welches zu einer effizienten Kühlung beiträgt.An object of the invention is to describe a cooling concept for a computer system which contributes to efficient cooling.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Kühlvorrichtung zum passiven Kühlen eines Computersystems offenbart. Die Kühlvorrichtung weist einen Wärmeleitkern mit einer unteren Oberfläche zum Aufnehmen thermischer Energie von einer wärmeerzeugenden Komponente des Computersystems und einer der unteren Oberfläche gegenüberliegenden oberen Oberfläche auf. Die Kühlvorrichtung weist weiter ein an dem Wärmeleitkern angeordnetes Wärmeverteilerelement auf, welches mit einer Auflagefläche auf der oberen Oberfläche des Wärmeleitkerns aufliegt, so dass die von dem Wärmeleitkern aufgenommene thermische Energie über die obere Oberfläche an das Wärmeverteilerelement abgegeben werden kann. An dem Wärmeverteilerelement ist zumindest eine federnde Lasche derart ausgebildet, dass diese - in einem verbauten Zustand der Kühlvorrichtung in dem Computersystem - unter mechanischer Spannung stehend mit einer Gehäusewand des Computersystems in thermischen Kontakt steht zur Abgabe der aufgenommenen thermischen Energie an die Gehäusewand.According to a first aspect, a cooling device for passively cooling a computer system is disclosed. The cooling device includes a thermal conductive core having a lower surface for receiving thermal energy from a heat-generating component of the computer system and an upper surface opposite the lower surface. The cooling device further comprises a heat spreader element disposed on the heat conduction core, which rests with a bearing surface on the upper surface of the Wärmeleitkerns, so that the thermal energy absorbed by the Wärmeleitkern can be discharged via the upper surface to the heat spreader element. At the heat distribution element at least one resilient tab is formed such that it - in a built-in state of the cooling device in the computer system - standing under mechanical tension with a housing wall of the computer system is in thermal contact with the output of the absorbed thermal energy to the housing wall.

Durch die beschriebene Passiv-Kühlvorrichtung wird ermöglicht, Wärme der wärmeerzeugenden Komponente effizient über den Wärmeleitkern und das Wärmeverteilerelement an die Gehäusewand abzugeben. Dadurch kann im Inneren des Computersystems erzeugte Wärme besonders wirksam über die Gehäusewand abgeführt werden. Die federnde Lasche sorgt dafür, dass unabhängig von Fertigungs-, Form- und Lagetoleranzen stets ein besonders effektiver thermischer Kontakt der einzelnen Komponenten gegeben ist. So wird zum einen dazu beigetragen, dass Toleranzen in Z-Richtung, etwa bezüglich Längsachse des Wärmeleitkerns oder einer Normalenrichtung der oberen Oberfläche, durch die federnde Lasche kompensiert werden. Zum anderen können auch Toleranzen in X- und/oder Y-Richtung ausgeglichen werden, insbesondere wenn beispielsweise der Wärmeleitkern bezogen auf die Z-Achse verkippt ist bzw. wenn die obere Oberfläche nicht parallel zu der Kontaktinnenseite der Gehäusewand ausgerichtet ist. Eine derartige Parallelität wäre beispielsweise aufgrund der Vielzahl an beteiligten Komponenten typischerweise gar nicht oder nur unter sehr hohem Fertigungs- und Montagetechnischen Aufwand realisierbar. Das Wärmeverteilerelement, insbesondere die federnde Lasche, ist so ausgebildet, dass ein Kontakt zu der Gehäusewand herstellbar ist, wobei in jeder Richtung Toleranzen ausgeglichen werden können. Anders ausgedrückt passt sich die Kühlvorrichtung im verbauten Zustand in jeder Richtung so an, dass ein optimaler Wärmeübergang auf die Gehäusewand erreicht ist. Die Kühlvorrichtung ermöglicht somit eine effektive, direkt Wärmestrecke der beteiligten Komponenten von der wärmeerzeugenden Komponente über die Gehäusewand nach außen.The described passive cooling device makes it possible to deliver heat of the heat-generating component efficiently via the heat conducting core and the heat distribution element to the housing wall. As a result, heat generated in the interior of the computer system can be dissipated particularly effectively over the housing wall. The resilient tab ensures that regardless of manufacturing, shape and position tolerances always a particularly effective thermal contact of the individual components is given. On the one hand, this contributes to tolerances in the Z direction, for example with respect to the longitudinal axis of the heat conducting core or a normal direction of the upper surface, being compensated by the resilient tab. On the other hand, tolerances in the X and / or Y direction can also be compensated, in particular if, for example, the heat conducting core is tilted relative to the Z axis or if the upper surface is not aligned parallel to the contact inside the housing wall. Due to the large number of components involved, such parallelism would typically not be possible or only possible with very high production and assembly costs. The heat distribution element, in particular the resilient tab, is designed so that a contact with the housing wall can be produced, wherein tolerances can be compensated in any direction. In other words, the cooling device adapts in the installed state in each direction so that an optimum heat transfer to the housing wall is achieved. The cooling device thus enables an effective, direct heat path of the components involved from the heat-generating component on the housing wall to the outside.

Weitere Vorteile liegen darin, dass nur wenige Elemente für die Kühlvorrichtung vonnöten sind, um die Toleranzen auszugleichen. Weiterhin kann durch die Kühlvorrichtung ein ausreichender Kontaktdruck des Kerns auf die wärmeerzeugende Komponente eingestellt werden. Auch wird durch den beschriebenen Aufbau zu einem langlebigen Produkt beigetragen. Weiterhin kann auf zusätzliche Elemente und/oder Maßnahmen wie Wärmeleitpasten oder sogenannte Gap-Filler (Deutsch: Lückenfüller) verzichtet werden, um Kontaktbereiche zwischen den beteiligten mechanischen Komponenten zum Toleranzausgleich auszufüllen. Die Funktion eines Gap-Fillers ist der Ausgleich von Unebenheiten bezüglich der thermischen Kontaktierung eines Kühlkörpers mit der Wärmequelle. Gap-Filler sind jedoch typischerweise nachteilig in Bezug auf eine Wärmeleitung.Other advantages are that only a few elements for the cooling device are needed to compensate for the tolerances. Furthermore, by the cooling device, a sufficient contact pressure of the core can be set to the heat-generating component. Also, the construction described contributes to a durable product. Furthermore, it is possible to dispense with additional elements and / or measures such as heat-conducting pastes or so-called gap fillers in order to fill in contact areas between the mechanical components involved for tolerance compensation. The function of a gap filler is to compensate for unevenness with regard to the thermal contacting of a heat sink with the heat source. However, gap fillers are typically disadvantageous in terms of heat conduction.

Die beschriebene Kühlvorrichtung ermöglicht die Herstellung eines Computersystems für spezielle Anwendungsfälle. Beispielsweise eignet sich die Kühlvorrichtung für ein Computersystem als Internet-of-Things-Gerät, etwa ein Internet-of-Things-Gateway zum Verbinden eines Netzwerks mit der Eignung verschiedene Protokolle verarbeiten zu können, oder Industrie-PC, welche typischerweise in einem Dauerbetrieb eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Computersystem, etwa für derartige Zwecke, besonders geschützt ausgebildet sein, etwa partikeldicht. Beispielsweise kann kein Staub oder Wasser in das System eindringen, wodurch die Komponenten im Gehäuse Schaden nehmen könnten. Zusätzlich oder alternativ ist das Gehäuse wasserdicht, etwa geschützt gegen Spritzwasser, Tropfen oder fester Wasserstrahlen. Insbesondere ist das Gehäuse so ausgebildet, dass dieses im Wesentlichen luftdicht ausgebildet ist. Somit wird dazu beigetragen, dass das Computersystem unter erschwerten Umweltbedingungen über längere Zeiträume, etwa viele Jahre, sicher arbeiten kann, wobei dennoch eine ausreichende und effiziente Kühlung bewerkstelligt ist. The described cooling device enables the production of a computer system for special applications. For example, the cooling device is suitable for a computer system as an Internet of Things device, such as an Internet of Things gateway for connecting a network capable of handling various protocols, or an industrial PC typically used in a continuous operation become. For example, the computer system may be designed to be particularly protected, for example for such purposes, such as particle-tight. For example, no dust or water can enter the system, which could damage the components in the housing. Additionally or alternatively, the housing is waterproof, such as protected against splashing water, drops or solid water jets. In particular, the housing is designed so that this is formed substantially airtight. Thus, it is helped that the computer system can operate safely under severe environmental conditions for extended periods of time, such as many years, while still providing adequate and efficient cooling.

Partikeldicht bedeutet beispielsweise zumindest staubdicht. Beispielsweise sind keine Öffnungen oder Spalte im Gehäuse vorgesehen, sodass ein Luftaustausch von innen nach draußen oder umgekehrt im Wesentlichen unterbunden ist. Particle density means, for example, at least dustproof. For example, no openings or gaps are provided in the housing, so that an air exchange from inside to outside or vice versa is substantially prevented.

Beispielsweise kann keine oder nahezu keine Luft von außerhalb des Computersystems in das Computergehäuse eindringen oder eingesogen werden. Mit anderen Worten ist das Gehäuse dicht ausgebildet. Eine beispielhafte Partikelgröße beträgt 1 mm oder kleiner. Anschlüsse des Computersystems, etwa I/O-Ports wie USB-, LAN- und weitere Anschlüsse, stellen kritische Bereiche bezüglich einer zu erreichenden Partikel- und/oder Luftdichtigkeit dar, insbesondere für Partikel kleiner 1 mm. Beispielsweise mit sogenannten Gaskets, etwa mit Metallgewebe ummantelte Schaumstoffe, können derartige Anschlüsse ausreichend partikel- und/oder luftdicht abgedichtet werden.For example, no or almost no air from outside the computer system can penetrate or be drawn into the computer case. In other words, the housing is dense. An exemplary particle size is 1 mm or smaller. Connections of the computer system, such as I / O ports such as USB, LAN and other connections, represent critical areas with regard to achieving particle and / or airtightness, in particular for particles smaller than 1 mm. For example, with so-called Gaskets, such as foamed with metal fabric foams, such connections can be sealed sufficiently particle and / or airtight.

Beispielsweise trägt die Kühlvorrichtung dazu bei das Computersystem gegen Einflüsse von außen, wie z.B. Staub, Fremdkörper, Berührung, Feuchtigkeit und Wasser, gemäß einer IP-Schutzart (kurz für englisch: international protection) nach den Normen IEC 60529 bzw. DIN EN 60529 zu schützen. Letztere legen Grade der Schutzart fest und teilen diese in Klassen ein. Ein Grad der Schutzart ist beispielsweise an einen vorgesehenen Einsatz des Computersystems angepasst. Beispielsweise kann das Computersystem gemäß der Schutzart IP 44 oder darüber hinaus ausgebildet sein. Beispielsweise ist das Computersystem geeignet ausgebildet, einen Betrieb in einem Umgebungstemperaturbereich zwischen -20° Celsius und +60° Celsius zu ermöglichen.For example, the cooling device contributes to the computer system against external influences such as dust, foreign matter, touch, moisture and water, according to an IP protection (short for English: international protection) according to the Standards IEC 60529 respectively. DIN EN 60529 to protect. The latter determine degrees of protection and divide them into classes. A degree of protection is adapted, for example, to an intended use of the computer system. For example, the computer system may be designed in accordance with IP 44 or higher. For example, the computer system is adapted to enable operation in an ambient temperature range between -20 ° Celsius and + 60 ° Celsius.

Zudem kann ein Gehäuse des Computersystems aus speziellen Materialien zusammengesetzt oder zusätzlich mit solchen versehen sein, um eine thermische, Schall- oder Vibrationsdämpfung zu ermöglichen. Dies liegt beispielsweise daran, dass bei derartig geschützten System keine Rücksicht auf Öffnungen des Computergehäuses genommen werden muss und eine besonders hohe Gestaltungsfreiheit gegeben ist.In addition, a housing of the computer system can be composed of special materials or additionally provided with such materials in order to enable thermal, sound or vibration damping. This is due, for example, to the fact that, in the case of such a protected system, no consideration has to be given to openings of the computer housing and a particularly high freedom of design is provided.

Die wärmeerzeugende Komponente ist beispielsweise ein Prozessor des Computersystems, der auf einem Mainboard oder einer Hauptplatine des Computersystems angeordnet ist. Insbesondere ein Prozessor produziert im Betrieb eine hohe Abwärme, die sicher abgeführt werden muss.The heat-generating component is, for example, a processor of the computer system which is arranged on a mainboard or a motherboard of the computer system. In particular, a processor produces a high waste heat during operation, which must be safely dissipated.

Bei dem Wärmeleitkern handelt es sich um einen Metallblock, der beispielsweise als Quader oder Zylinder ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Kern aus einem weichen Kupfermaterial hergestellt, welches eine hohe thermische Konduktivität hat.The heat conducting core is a metal block which is designed, for example, as a cuboid or cylinder. For example, the core is made of a soft copper material having a high thermal conductivity.

Das Wärmeverteilerelement ist beispielsweise formschlüssig an dem Kern angeordnet. Beispielsweise ist es auf den Kern aufgesetzt. Beispielsweise umgibt das Wärmeverteilerelement den Kern an der oberen Oberfläche und an sämtlichen Außenseiten zumindest über einen axialen Abschnitt bezüglich zur Längsachse des Kerns. Das Wärmeverteilerelement ist beispielsweise aus einem Feder(stahl-)blech gefertigt.The heat distribution element is arranged, for example, a form-fitting manner on the core. For example, it is set on the core. For example, the heat spreader element surrounds the core at the upper surface and at all outer sides at least over an axial portion relative to the longitudinal axis of the core. The heat spreader element is made, for example, from a spring (steel) plate.

Die federnde Lasche hat beispielsweise einen Kontaktabschnitt oder Kontaktbereich für den thermischen Kontakt zur Gehäusewand. Dieser Kontaktbereich ist auf einer von der Auflagefläche abgewandten Seite angeordnet. Der Kontaktbereich verläuft parallel zur Auflagefläche bzw. oberen Oberfläche. In Kontakt mit der Gehäusewand bildet sich ein Linien- oder Flächenkontakt aus. Der Kontaktabschnitt ist am weitesten von der unteren Oberfläche bezüglich der Längsachse des Wärmeleitkerns entfernt. Die Lasche ist beispielsweise als plattenförmiges Element oder plattenförmige Wandung zu verstehen, die entsprechend geformt oder ausgebildet ist.The resilient tab has, for example, a contact portion or contact area for thermal contact with the housing wall. This contact region is arranged on a side facing away from the support surface. The contact area runs parallel to the bearing surface or upper surface. In contact with the housing wall forms a line or surface contact. The contact portion is furthest away from the lower surface with respect to the longitudinal axis of the heat conducting core. The tab is to be understood for example as a plate-shaped element or plate-shaped wall, which is shaped or formed accordingly.

Gemäß einer Ausgestaltung weist das Wärmeverteilerelement zwei federnde Laschen auf, die gegenüberliegend angeordnet sind.According to one embodiment, the heat distribution element on two resilient tabs, which are arranged opposite one another.

Gemäß einer Ausgestaltung weist das Wärmeverteilerelement vier federnde Laschen auf, die paarweise gegenüberliegend angeordnet sind.According to one embodiment, the heat distribution element on four resilient tabs, which are arranged in pairs opposite one another.

Durch das Vorsehen zweier oder vierer solcher entsprechend ausgebildeter Laschen wird in besonderen Maße zu der effektiven Kühlung wie oben beschrieben beigetragen. Insbesondere wird eine hohe Flexibilität des Wärmeverteilerelements ermöglicht, so dass sämtliche Toleranzen bei gleichzeitig besonders effektivem Wärmeaustausch kompensiert werden.By providing two or four such appropriately designed tabs, the effective cooling as described above is particularly contributed to. In particular, a high flexibility of the heat spreader element allows, so that all tolerances are compensated for at the same time particularly effective heat exchange.

Gemäß einer Ausgestaltung weist das Wärmeverteilerelement eine zentrale Platte mit der Auflagefläche auf, von der sich die eine oder die mehreren Laschen erstecken. Die Platte stellt beispielsweise den Basiskörper des Wärmeverteilerelements dar und liegt mittig auf der oberen Oberfläche des Kerns auf. Von der Platten erstrecken sich die eine oder die Laschen von einer oder sämtlichen Seiten der Platte weg.According to one embodiment, the heat spreader element has a central plate with the support surface from which the one or more straps extend. For example, the plate represents the base body of the heat spreader element and is centered on the upper surface of the core. Of the plates, the one or tabs extend away from one or all sides of the plate.

Gemäß einer Ausgestaltung verläuft jede Lasche zunächst senkrecht zu der Platte, insbesondere parallel zu einer Außenseite des Wärmeleitkerns, und erstreckt sich anschließend parallel zu der Platte, insbesondere von der Außenseite, von dem Wärmeleitkern weg erstreckt. Dies trägt zu dem oben erwähnten Formschluss bei. Dadurch weist das Wärmeverteilerelement eine zum Kern hin geöffnete Vertiefung, Mulde oder Ausnehmung auf, mittels der das Wärmeverteilerelement formschlüssig auf den Kern aufgesetzt ist.According to one embodiment, each tab initially runs perpendicular to the plate, in particular parallel to an outer side of the heat conducting core, and then extends parallel to the plate, in particular from the outside, extends away from the Wärmeleitkern. This contributes to the above-mentioned positive fit. As a result, the heat distribution element has a depression, depression or recess which is open toward the core, by means of which the heat distribution element is placed on the core in a form-fitting manner.

Gemäß einer Ausgestaltung erstrecken sich von der zentralen Platte senkrecht zumindest zwei gegenüberliegende, federnde Klemmlaschen, die den Wärmeleitkern an einer oder mehreren Außenseiten klemmend umgreifen. Eine Außenseite kann beispielsweise die Mantelfläche eines zylindrischen Wärmeleitkerns sein. Dadurch ist das Wärmeverteilerelement sicher an dem Kern gehalten oder festgelegt.According to one embodiment, at least two opposing, resilient clamping straps extend perpendicularly from the central plate and grippingly grip the heat conducting core on one or more outer sides. An outside, for example, be the lateral surface of a cylindrical Wärmeleitkerns. Thereby, the heat spreader element is securely held or fixed to the core.

Gemäß einer Ausgestaltung ragt ein freier Endabschnitt jeder Lasche nach innen zu einer Längsachse des Wärmeleitkerns. Mit anderen Worten hat jede Lasche einen freiliegenden, nach innen bzw. zur Mitte zeigenden Abschnitt. Dies trägt zur Federwirkung bei. Beispielsweise weist der Endabschnitt den Kontaktbereich für die Kontaktierung der Gehäusewand auf.According to one embodiment, a free end portion of each tab projects inwardly toward a longitudinal axis of the heat conducting core. In other words, each tab has an exposed, inward-to-center portion. This contributes to the spring effect. For example, the end portion has the contact area for contacting the housing wall.

Gemäß einer Ausgestaltung weist jede Lasche einen umgebogenen, etwa U-förmigen Abschnitt mit dem freien Endabschnitt auf.According to one embodiment, each tab on a bent, approximately U-shaped portion with the free end portion.

Der nach innenragende, freiliegende Endabschnitt, der Teil einer U-förmigen Ausformung sein kann, ermöglicht eine besonders gute Federwirkung. Weiterhin wird ein besonders guter Wärmeübergang ermöglicht.The inwardly projecting, exposed end portion, which may be part of a U-shaped formation, allows a particularly good spring action. Furthermore, a particularly good heat transfer is possible.

Gemäß einer Ausgestaltung weist die Kühlvorrichtung ein federndes Spannelement auf, welches an dem Wärmeverteilerelement angeordnet ist und derart mit diesem zusammenwirkt, dass das Spannelement die eine oder mehrere, insbesondere jede, Laschen und die zentrale Platte in entgegengesetzte Richtungen drückt. Das Spannelement ist ausgebildet, mechanischen Druck in Form von Federkraft auf Platte und die Laschen auszuüben, so dass im verbauten Zustand das Wärmeverteilerelement fest auf die obere Oberfläche und andererseits fest gegen die Gehäusewand gedrückt wird. Das Spannelement und das Wärmeverteilerelement sind so aufeinander abgestimmt, dass ein bestmöglicher thermischer Kontakt des Wärmeverteilerelements zu Kern und Gehäusewand erreicht ist, wobei dieser Kontakt durch das Spannelement verstärkt bzw. unterstützt wird. Dies trägt besonders zur Effektivität der Kühlvorrichtung bei. Spannelement und Wärmeverteilerelement können zu einer Baueinheit verbunden sein, etwa verschweißt, vernietet oder dergleichen sein.According to one embodiment, the cooling device has a resilient clamping element, which is arranged on the heat distribution element and cooperates with the latter such that the clamping element presses the one or more, in particular each, tabs and the central plate in opposite directions. The clamping element is designed to exert mechanical pressure in the form of spring force on the plate and the tabs, so that in the installed state, the heat distribution element is pressed firmly on the upper surface and on the other hand firmly against the housing wall. The tensioning element and the heat distribution element are matched to one another in such a way that the best possible thermal contact of the heat distribution element with the core and the housing wall is achieved, this contact being reinforced or supported by the tensioning element. This contributes especially to the effectiveness of the cooling device. Clamping element and heat spreader element may be connected to a structural unit, such as welded, riveted or the like.

Gemäß einer Ausgestaltung stützt sich die Spannplatte auf der zentralen Platte ab und weist für jede Lasche zumindest eine Spannlasche auf, die mit einer korrespondierenden, der zentralen Platte zugewandten Unterseite der entsprechenden Lasche des Wärmeverteilerelements zusammenwirkt. Zumindest jede Spannlasche ist federnd ausgebildet und übt eine Federkraft auf die Laschen des Wärmeverteilerelements aus. Dadurch wird das Spannelement gegen die zentrale Platte des Wärmeverteilerelements gedrückt. Das Spannelement hat somit beispielsweisen selbst einen zentralen, plattenförmigen Bereich, von dem sich die oder die mehreren Spannlaschen erstrecken. Dies trägt zu obigen Vorteilen und Funktionen bei.According to one embodiment, the clamping plate is supported on the central plate and has for each tab at least one clamping tab, which cooperates with a corresponding, the central plate facing bottom of the corresponding tab of the heat spreader element. At least each clamping tab is resilient and exerts a spring force on the tabs of the heat spreader element. Thereby, the clamping element is pressed against the central plate of the heat spreader element. The clamping element thus has, for example, itself a central, plate-shaped area from which extend the one or more clamping straps. This contributes to the above advantages and functions.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Computersystem offenbart. Das Computersystem hat ein Gehäuse mit einer Gehäusewand. Im Inneren des Gehäuses sind eine wärmeerzeugende Komponente und eine Kühlvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt festgelegt. Die Kühlvorrichtung hat einen Wärmeleitkern und ein Wärmeverteilerelement. Der Wärmeleitkern ist mit einer unteren Oberfläche auf der wärmeerzeugenden Komponente angeordnet zum Aufnehmen thermischer Energie und weist eine der unteren Oberfläche gegenüberliegende obere Oberfläche auf. Das Wärmeverteilerelement ist an dem Wärmeleitkern angeordnet und liegt mit einer Auflagefläche auf der oberen Oberfläche des Wärmeleitkerns auf, so dass die von dem Wärmeleitkern aufgenommene thermische Energie über die obere Oberfläche an das Wärmeverteilerelement abgegeben werden kann. An dem Wärmeverteilerelement ist zumindest eine federnde Lasche derart ausgebildet, dass diese unter mechanischer Spannung stehend mit einer Gehäusewand des Computersystems in thermischen Kontakt steht zur Abgabe der aufgenommenen thermischen Energie an die Gehäusewand.In a second aspect, a computer system is disclosed. The computer system has a housing with a housing wall. Inside the housing, a heat-generating component and a cooling device according to the first aspect are defined. The cooling device has a heat conducting core and a heat spreader element. The heat conduction core is disposed with a lower surface on the heat generating component for receiving thermal energy and has an upper surface opposite to the lower surface. The heat spreader element is disposed on the heat conducting core and rests with a bearing surface on the upper surface of the heat conducting core, so that the thermal energy absorbed by the heat conducting core can be delivered via the upper surface to the heat spreader element. At least one resilient tab is formed on the heat distribution element in such a way that it is in mechanical contact with a housing wall of the computer system under mechanical tension for delivering the absorbed thermal energy to the housing wall.

Das Computersystem ist beispielsweise entsprechend den obigen Ausführungen ausgebildet. Die Gehäusewand ist beispielsweise aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet. Es kann sich um ein Aluminium Extrusions-Profil handeln. Das Computersystem ermöglicht im Wesentlichen die vorgenannten Vorteile und Funktionen.The computer system is designed, for example, according to the above statements. The housing wall is formed for example of an aluminum material. It can be an aluminum extrusion profile. The computer system essentially enables the aforementioned advantages and functions.

Die Kühlvorrichtung ist zwischen Gehäusewand und wärmeerzeugender Komponente verspannt. Anders ausgedrückt wird im verbauten Zustand durch die federnde Lasche erreicht, dass das Wärmeverteilelement zwischen Gehäusewand und Wärmeleitkern verspannt ist.The cooling device is clamped between the housing wall and the heat-generating component. In other words, in the installed state is achieved by the resilient tab, that the heat distribution element between the housing wall and Wärmeleitkern is braced.

Gemäß einer Ausgestaltung ist wie oben beschrieben ein Spannelement vorgesehen. Das Spannelement verspannt das Wärmeverteilerelement, so dass ein besonders guter Kontakt des Wärmeverteilerelements mit der Gehäusewand einerseits und mit dem Wärmeleitkern andererseits hergestellt ist.According to one embodiment, as described above, a clamping element is provided. The clamping element braces the heat distribution element, so that a particularly good contact of the heat distribution element with the housing wall on the one hand and with the heat conducting core on the other hand is made.

Gemäß einer Ausgestaltung weist die Kühlvorrichtung einen Schirmungskörper auf, der an der Innenseite der Gehäusewand festgelegt ist und die Kühlvorrichtung von allen Seiten kanalartig derart umgibt, dass ausgehend von der Gehäusewand bezogen auf die Längsachse des Wärmeleitkerns zumindest das Wärmeverteilerelement umgeben ist, um für eine Abschirmung der von dem Wärmeverteilerelement, des Spannelements und/oder des Wärmeleitkerns aufgenommenen thermischen Energie zu sorgen. Der Schirmungskörper, der auch als Wärmekammer oder Wärmehaube bezeichnet werden kann, ist beispielsweise aus einem wärmeisolierenden Material hergestellt, etwa Kunststoff, welcher eine geringe thermische Konduktivität hat. Der Schirmungskörper schirmt thermische Energie wie Wärmestrahlung oder Infrarotstrahlung, die von der Kühlvorrichtung aufgenommen wurde, vor einem Zurückstrahlen ins Innere des Computersystems ab. Dadurch wird beispielsweise eine Erwärmung des Systemboards vermieden.According to one embodiment, the cooling device on a Schirmungskörper which is fixed to the inside of the housing wall and the cooling device surrounds channel-like manner from all sides, that starting from the housing wall relative to the longitudinal axis of the Wärmeleitkerns at least the heat spreader element is surrounded in order for a shield of to provide thermal energy absorbed by the heat spreader element, the tensioning element and / or the heat conducting core. The shielding body, which may also be referred to as a heat chamber or heat hood, is made of, for example, a heat-insulating material, such as plastic, which has a low thermal conductivity. The shielding body shields thermal energy, such as heat radiation or infrared radiation received by the cooling device, from being reflected back into the interior of the computer system. As a result, for example, heating of the system board is avoided.

Weiterhin wird ein Taupunkt im Inneren des Gehäuses verändert. Durch die Verlustwärme der wärmeerzeugenden Komponente, etwa des Prozessors, wird die Luft innerhalb des Gehäuses erwärmt. In einem Beispiel wird die Luft auf 30°C bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit erwärmt. In diesem Zustand sind 15g Wasser/m³ in der Luft gelöst. Angenommen das Gerät wird bei einer Umgebungs-Temperatur unter 0°C betrieben, dann wird an einigen Stellen des Gehäuses, etwa einem Aluminiumprofil, die Oberflächentemperatur an der Gehäuseinnenseite ebenfalls eine Temperatur in Richtung 0°C aufweisen. Somit wird auch die Lufttemperatur im Inneren des Gehäuses an diesen Stellen auf einen Wert in Richtung 0°C gehen, z.B. 14°C. Bei 15°C wird die relative Luftfeuchtigkeit auf 100% an diesen Stellen angestiegen sein, bei 14°C werden sich die ersten Wassermoleküle nicht mehr in der Luft halten können und an diesen Stellen an der Gehäuseoberfläche auskondensieren. Der Schirmungskörper trägt dazu bei, dieses Auskondensieren an den kalten Gehäusestellen zu reduzieren. Dadurch wird die Wärmeenergie konzentriert an einer Stelle in das Aluminiumgehäuse eingeleitet und nicht wieder der Luft im Gehäuseinneren zugeführt. Dadurch wird zu einer geringeren Luftfeuchtigkeit beigetragen.Furthermore, a dew point is changed inside the housing. By the heat loss of the heat-generating component, such as the processor, the air is heated within the housing. In one example, the air is heated to 30 ° C at 50% relative humidity. In this condition 15g water / m ^{3 are dissolved} in the air. Assuming the device is operated at an ambient temperature below 0 ° C, then the surface temperature at the inside of the housing will also have a temperature in the direction of 0 ° C at some points of the housing, such as an aluminum profile. Thus, the air temperature inside the housing at these points will go to a value in the direction of 0 ° C, for example 14 ° C. At 15 ° C, the relative humidity will have risen to 100% at these points, at 14 ° C, the first water molecules will not be able to hold in the air and condense out at these points on the housing surface. The shielding body helps to reduce this condensation on the cold housing sites. As a result, the heat energy is concentrated at a point introduced into the aluminum housing and not fed back to the air inside the housing. This contributes to lower humidity.

Der Schirmungskörper umgibt die Kühlvorrichtung beispielsweise leicht beabstandet, so dass ein Luftspalt zwischen den vom Schirmungskörper umgebenden Komponenten und dem Schirmungskörper ausgebildet ist. Dieser sorgt für eine zusätzliche Wärmeisolation.The shielding body surrounds the cooling device slightly spaced, for example, so that an air gap is formed between the components surrounding the shielding body and the shielding body. This provides additional heat insulation.

Der Schirmungskörper ist besonders flexibel an der Gehäusewand positionierbar und montierbar, etwa nur mittels weniger Schrauben. Damit kann beispielweise auf unterschiedliche Systemboards reagiert werden, die eine unterschiedliche Positionierung der Kühlvorrichtung zur Folge haben können.The shielding body can be positioned and mounted in a particularly flexible manner on the housing wall, for example only by means of fewer screws. This can be reacted, for example, to different system boards, which can have a different positioning of the cooling device result.

Gemäß einer Ausgestaltung ist an der Innenseite der Gehäusewand in Bereichen, die frei von der Kühlvorrichtung sind, eine Wärmeisolationsschicht, etwa eine Wärmeisolationsfolie, angeordnet. Dadurch wird einmal von der Gehäusewand aufgenommene thermische Energie nicht oder nur bedingt ins Innere des Gehäuses des Computersystems zurück abgegeben. Insbesondere im Zusammenspiel mit dem Schirmungskörper wird eine effektive Wärmeisolation bzw. -abschirmung erreicht. Weiterhin trägt die Kombination dazu bei, dass eine Kondenswasserbildung im Inneren des Computersystems reduziert oder vermieden wird.According to one embodiment, a heat insulation layer, for example a heat insulation film, is arranged on the inside of the housing wall in regions that are free of the cooling device. As a result, once absorbed by the housing wall thermal energy is not or only partially returned to the interior of the housing of the computer system. In particular, in conjunction with the shielding body effective heat insulation or shielding is achieved. Furthermore, the combination helps to reduce or prevent condensation inside the computer system.

Gemäß einer Ausgestaltung ist das Computersystem ein Internet-of-Things-Gerät (kurz IoT), etwa ein Internet-of-Things-Gateway. Bei derartigen IoT-Geräten ist typischerweise ein 24-Stunden-Betrieb gewünscht. Dabei muss sichergestellt sein, dass ein solches Gerät beispielsweise vor Umgebungseinflüssen geschützt ist.In one embodiment, the computer system is an Internet of Things device (IoT for short), such as an Internet of Things gateway. Such IoT devices typically require 24-hour operation. It must be ensured that such a device, for example, protected from environmental influences.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Funktionen sind in der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen offenbart.Further advantageous embodiments and functions are disclosed in the following detailed description of exemplary embodiments.

Die Ausführungsbeispiele werden unter Zuhilfenahme der angehängten Figuren nachfolgend beschrieben. Gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The embodiments are described below with the aid of the appended figures. Similar or identically acting elements are provided across the figures with the same reference numerals.

In den Figuren zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Computersystems mit einer Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 das Computersystem in einer Explosionsdarstellung,
3 eine Querschnittsansicht des Computersystems,
4 eine Explosionsdarstellung einer Spannplatte und eines Wärmeverteilerelements der Kühlvorrichtung,
5 und 6 perspektivische Ansichten der Spannplatte und des Wärmeverteilerelements in einem zusammengebauten Zustand,
7 eine Querschnittsansicht der Spannplatte und des Wärmeverteilerelements in dem zusammengebauten Zustand, und
8 eine perspektivische Ansicht eines Schirmungskörpers der Kühlvorrichtung.

In the figures show:

1 a perspective view of a computer system with a cooling device according to an embodiment,
2 the computer system in an exploded view,
3 a cross-sectional view of the computer system,
4 an exploded view of a clamping plate and a heat spreader element of the cooling device,
5 and 6 perspective views of the clamping plate and the heat spreader element in an assembled state,
7 a cross-sectional view of the clamping plate and the heat spreader element in the assembled state, and
8th a perspective view of a shielding body of the cooling device.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Computersystems 1. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung des Computersystems 1. Das Computersystem 1 ist als Internet-of-Things-Gerät (kurz: IoT) ausgebildet und ist insbesondere eingerichtet für einen durchgehenden 24-Stunden-Betrieb. Das Computersystem 1 kann auch für andere Anwendungen verwendet werden und beispielsweise hinsichtlich seiner äußeren Abmessungen variieren. Das Computersystem 1 erfüllt die Anforderung einer IP-Schutzart, etwa IP-44 oder mehr. Das Computersystem 1 eignet sich beispielsweise für einen Betrieb in einem Temperaturbereich von -20° bis +60° Celsius. Das Computergehäuse 2 ist zu einer Umgebung des Computersystems 1 hin dicht, insbesondere partikeldicht, so dass keine Luft von außen in das Computersystem 1 oder von innerhalb nach außen gelangen kann (nicht dargestellt). Etwaige Anschlüsse oder dergleichen sind abgedichtet. Das Computersystem 1 ist in einem betriebsgemäß montierten Zustand gezeigt. 1 shows a perspective view of a computer system 1 , 2 shows an exploded view of the computer system 1 , The computer system 1 is designed as an Internet of Things device (short: IoT) and is especially designed for a continuous 24-hour operation. The computer system 1 can also be used for other applications and vary, for example, in terms of its external dimensions. The computer system 1 meets the requirement of IP protection, such as IP-44 or more. The computer system 1 For example, it is suitable for operation in a temperature range from -20 ° to + 60 ° Celsius. The computer case 2 is to an environment of the computer system 1 towards tight, in particular particle-tight, so that no air from the outside into the computer system 1 or from inside to outside (not shown). Any connections or the like are sealed. The computer system 1 is shown in an operatively assembled state.

Das Computersystem 1 hat ein Gehäuse 2 mit zumindest einer Gehäusewand 3 und zwei Gehäuseseitenwänden 4, wobei die Gehäusewand 3 im Ausführungsbeispiel die Gehäuseoberseite darstellt. Das gezeigte Gehäuse 2 ist als Aluminium Extrusions-Profil gefertigt. Somit handelt es sich um ein besonders stabiles und dichtes Gehäuse 2. Im gezeigten Ausführungsbeispiel müsste das Gehäuse 2 noch an Vorder-, Rück- und Unterseite abgeschlossen werden, beispielsweise mittels Seitenwänden.The computer system 1 has a housing 2 with at least one housing wall 3 and two housing side walls 4 , wherein the housing wall 3 represents in the embodiment, the housing top. The housing shown 2 is manufactured as an aluminum extrusion profile. Thus, it is a particularly stable and dense housing 2 , In the illustrated embodiment, the housing would have 2 be completed at the front, back and bottom, for example by means of side walls.

Das Computersystem 1 weist eine teilweise dargestellte Hauptplatine 5, auch Systemboard genannt, auf. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Hautplatine gemäß dem Mini ITX Standard. Auf der Hauptplatine 5 ist eine wärmeerzeugende Komponente 6 angeordnet, bei der es sich im Beispiel um einen Prozessor handelt. Die Hauptplatine 5 ist in dem Gehäuse 2 montiert und in ihrer Position festgelegt. Beispielsweise ist die Hauptplatine 5 an einer der Gehäusewand 3 gegenüberliegenden Bodenwand des Gehäuses 2 festgelegt. Dadurch ist die wärmeerzeugende Komponente 6 ebenfalls positionsfest angeordnet.The computer system 1 has a partially illustrated motherboard 5 , also called system board, on. The embodiment is a skin board according to the Mini ITX standard. On the motherboard 5 is a heat-generating component 6 arranged, which in the example is a processor. The motherboard 5 is in the case 2 mounted and fixed in position. For example, the motherboard 5 on one of the housing wall 3 opposite bottom wall of the housing 2 established. This is the heat generating component 6 also arranged fixed in position.

Nachfolgend wird ein effektives Kühlsystem des Computersystems 1 beschrieben.Below is an effective cooling system of the computer system 1 described.

Das Computersystem 1 weist eine passive Kühlvorrichtung 7 auf. 3 zeigt eine Querschnittsansicht des Computersystems 1, wobei insbesondere die Kühlvorrichtung 7 geschnitten gezeigt ist. Die Kühlvorrichtung 7 ist im Ausführungsbeispiel durch einen Wärmeleitkern 8, ein Wärmeverteilerelement 9, eine Spannelement 10 sowie einen Schirmungskörper 11 gebildet ist.The computer system 1 has a passive cooling device 7 on. 3 shows a cross-sectional view of the computer system 1 , wherein in particular the cooling device 7 is shown cut. The cooling device 7 is in the embodiment by a Wärmeleitkern 8th , a heat spreader element 9 , a tensioning element 10 and a shielding body 11 is formed.

Die nachfolgende Beschreibung geschieht vornehmlich anhand der 1 bis 3, wobei bezüglich einzelner Elemente bzw. Baueinheiten der Kühlvorrichtung 7 auf die 3 bis 8 Bezug genommen wird.The following description is made primarily on the basis of 1 to 3 , wherein with respect to individual elements or structural units of the cooling device 7 on the 3 to 8th Reference is made.

Im montierten Zustand, wie in 1 und 3 gezeigt, ist der Wärmeleitkern 8, der im Ausführungsbeispiel aus einem Aluminium- oder Kupferwerkstoff hergestellt ist, federbelastet auf die wärmeerzeugende Komponente 6, den Prozessor, montiert. Dies kann wie in 1 und 3 gezeigt über gefederte Schrauben und eine Montageplatte geschehen. Alternative Befestigungen sind ebenso denkbar. Der Wärmeleitkern 8 ist mit einer unteren Oberfläche 12 in unmittelbarem oder mittelbarem thermischen Kontakt mit der wärmeerzeugenden Komponente 6, um im Betrieb des Computersystems 1 thermische Energie, etwa Wärmeenergie, von der wärmeerzeugenden Komponente 6 aufzunehmen. Durch die Federbelastung ist ein besonders guter Kontakt zu der Komponente 6 erreicht. Der Wärmeleitkern 8 hat eine zentrale Längsachse 13, die normal zur Hauptplatine 5 und normal zur unteren Oberfläche 12 verläuft. Auf einer der unteren Oberfläche 12 gegenüberliegenden Seite hat der Wärmeleitkern 8 eine obere Oberfläche 14 zur Abgabe der aufgenommenen thermischen Energie.In assembled condition, as in 1 and 3 shown is the heat conducting core 8th , which is made in the embodiment of an aluminum or copper material, spring loaded on the heat generating component 6 , the processor, mounted. This can be like in 1 and 3 shown done via spring-loaded screws and a mounting plate. Alternative fixings are also conceivable. The heat conducting core 8th is with a lower surface 12 in direct or indirect thermal contact with the heat-generating component 6 in order to operate the computer system 1 thermal energy, such as heat energy, from the heat generating component 6 take. Due to the spring load is a particularly good contact with the component 6 reached. The heat conducting core 8th has a central longitudinal axis 13 that is normal to the motherboard 5 and normal to the lower surface 12 runs. On one of the lower surface 12 opposite side of the Wärmeleitkern 8 has an upper surface 14 to deliver the absorbed thermal energy.

Auf dem Wärmeleitkern 8 ist das Wärmeverteilerelement 9 mit dem Spannelement 10 angeordnet. Diese sind in der Explosionsdarstellung der 4 separat dargestellt. 5 und 6 zeigen perspektivische Ansichten der Baugruppe bestehend aus dem Wärmeverteilerelement 9 und dem Spannelement 10 von unten und von oben. In 7 ist eine Schnittdarstellung der Baugruppe dargestellt.On the heat conductor core 8th is the heat spreader element 9 with the clamping element 10 arranged. These are in the exploded view of 4 shown separately. 5 and 6 show perspective views of the assembly consisting of the heat spreader element 9 and the tensioning element 10 from below and from above. In 7 is a sectional view of the module shown.

Das Wärmeverteilerelement 9 ist aus einem weichen Kupferwerkstoff gefertigt, insbesondere umgeformt und/oder gestanzt. Das Wärmeverteilerelement 9 hat eine zentrale Platte 15, die auf einer dem Wärmeleitkern 8 zugeordneten und zugewandten Seite eine Auflagefläche 16 hat. Mittels der Auflagefläche 16 liegt das Wärmeverteilerelement 9 auf der oberen Oberfläche 14 des Wärmeleitkerns 8 auf, so dass thermische Energie vom Kern 8 auf das Wärmeverteilerelement 9 abgegeben werden kann. The heat spreader element 9 is made of a soft copper material, in particular formed and / or punched. The heat spreader element 9 has a central plate 15 on a heat conductor core 8th associated and facing side a support surface 16 Has. By means of the support surface 16 lies the heat spreader element 9 on the upper surface 14 the Wärmeleitkerns 8th on, allowing thermal energy from the core 8th on the heat spreader element 9 can be delivered.

Von der zentralen Platte 15 des Wärmeverteilerelements 9 erstrecken sich vier, jeweils paarweise gegenüberliegende federnde Laschen 17. Wie insbesondere in 7 zu erkennen ist, erstreckt sich jede Lasche 17 in einem ersten Abschnitt 18 zunächst senkrecht von der Platte 15, also parallel zur Längsachse 13 des Kerns 8 bzw. parallel zu Außenseiten 19 des Kerns 8. Dabei ist jede Lasche 17 leicht beabstandet zum Kern 8. Aufgrund der ersten Abschnitte 18 der Laschen 17 ist zusammen mit der zentralen Platte 15 eine Vertiefung 23, auch Aufnahmeöffnung, gebildet, mittels der das Wärmeverteilerelement 9 formschlüssig auf den Kern 8 aufgesetzt ist. Alternativ können die ersten Abschnitte auch zumindest teilweise in Berührung mit den Außenseiten 19 des Kerns 8 sein, wodurch ein Wärmeübergang verbessert wird.From the central plate 15 the heat spreader element 9 four, each in pairs opposite resilient tabs extend 17 , As in particular in 7 can be seen, each tab extends 17 in a first section 18, initially perpendicular to the plate 15 , ie parallel to the longitudinal axis 13 of the core 8th or parallel to outer sides 19 of the core 8th , There is every tab 17 slightly spaced from the core 8. Due to the first sections 18 the tabs 17 is together with the central plate 15 a depression 23 , Also receiving opening, formed by means of the heat spreader element 9 positive fit on the core 8th is attached. Alternatively, the first portions may also be at least partially in contact with the outsides 19 of the core 8th be, whereby a heat transfer is improved.

Anschließend erstreckt sich jede Lasche 17 in einem zweiten Abschnitt 20 von dem Kern 8 seitlich weg. An den zweiten Abschnitt 20 schließt sich ein U-förmiger dritter Abschnitt 21, der einen freien Endabschnitt 22 aufweist. Der freie Endabschnitt 22 zeigt zu einer Mitte des Wärmeverteilerelements 9, also in Richtung der zentralen Platte 15. Bezüglich der Längsachse 13 des Wärmeleitkerns 8 liegt der freie Endabschnitt 22 weiter entfernt von der oberen Oberfläche 14 als die Auflagefläche 16 bzw. die zentrale Platte 15.Subsequently, each tab extends 17 in a second section 20 from the core 8th sideways away. To the second section 20 joins a U-shaped third section 21, which has a free end portion 22 having. The free end section 22 shows to a center of the heat spreader element 9 , ie in the direction of the central plate 15 , Regarding the longitudinal axis 13 the Wärmeleitkerns 8th lies the free end section 22 further away from the upper surface 14 as the bearing surface 16 or the central plate 15 ,

Optional erstrecken sich von der zentralen Platte 15 zumindest zwei gegenüberliegende Klemmlaschen analog zu den federnden Laschen 17, die sich entlang der Außenseiten 19 des Kerns 8 erstrecken und diesen klemmend umgreifen. Beispielsweise sind derartige Klemmlaschen in zwei oder allen ersten Abschnitten 18 der federnden Laschen 17 ausgebildet oder ausgeformt, etwa heraus gestanzt. Diese Klemmlaschen sind im Vergleich zu den ersten Abschnitten 18 in Richtung der Längsachse 13 gebogen und kontaktieren die Außenseiten 19 für die Klemmwirkung.Optionally extend from the central plate 15 at least two opposite clamping straps analogous to the resilient tabs 17 that stretch along the outsides 19 of the core 8th extend and embrace this. For example, such clamping straps in two or all first sections 18 the resilient tabs 17 formed or shaped, punched out about. These clamping straps are compared to the first sections 18 in the direction of the longitudinal axis 13 bent and contact the outside 19 for the clamping effect.

An dem Wärmeverteilerelement 9 ist das Spannelement 10 angeordnet. Dieses Spannelement 10 wirkt mit dem Wärmeverteilerelement 9 derart zusammen, dass das Spannelement 10 jede federnde Lasche 17 und die zentrale Platte 15 in entgegengesetzte Richtungen drückt bzw. verspannt. Das Spannelement 10 ist beispielsweise aus einem Federmaterial, etwa Federblech oder Federstahl, gefertigt und analog zu oben umgeformt und/oder gestanzt.At the heat spreader element 9 is the tension element 10 arranged. This clamping element 10 acts with the heat spreader element 9 together so that the clamping element 10 every springy flap 17 and the central plate 15 pressed in opposite directions or clamped. The tensioning element 10 is for example made of a spring material, such as spring steel or spring steel, and formed and / or punched analogously to above.

Das Spannelement 10 hat eine weitere zentrale Platte 24, von der analog zu dem Wärmeverteilerelement 9 Spannlaschen 25 angeordnet sind. Mit der zentralen Platte 24 liegt das Spannelement 10, welches auch als Spannplatte bezeichnet werden kann, auf der zentralen Platte 15 des Wärmeverteilerelements 9 auf. Die Spannlaschen 25 sind so an der zentralen Platte 24 des Spannelements 10 ausgebildet, dass sich das Spannelement 10 mit ihrer zentralen Platte 24 auf dem Wärmeverteilerelement 9 abstützt und mit Unterseiten 26 der federnden Laschen 17 zusammenwirkt. Die Unterseiten 26 sind der zentralen Platte 15 des Wärmeverteilerelements 9 zugewandt. An den Unterseiten 26 sind für den Kontakt zum Spannelement 10 Kontaktbereiche ausgebildet, in denen die Berührung stattfindet. Mit anderen Worten ist das Spannelement 10 zwischen die Laschen 17 und die zentrale Platte 15 des Wärmeverteilerelements 9 so eingeklemmt, dass eine Klemmkraft in beiden Richtungen bezüglich der Längsachse 13 wirkt.The tensioning element 10 has another central plate 24 , of the analogous to the heat spreader element 9 tensioning straps 25 are arranged. With the central plate 24 is the clamping element 10 , which can also be referred to as a clamping plate, on the central plate 15 the heat spreader element 9 on. The clamping straps 25 are so at the central plate 24 of the clamping element 10 formed, that the clamping element 10 with her central plate 24 on the heat spreader element 9 supported and with undersides 26 of the resilient tabs 17 interacts. The subpages 26 are the central plate 15 the heat spreader element 9 facing. At the bottoms 26 are for contact with the clamping element 10 Contact areas formed in which the contact takes place. In other words, the tensioning element 10 between the tabs 17 and the central plate 15 the heat spreader element 9 clamped so that a clamping force in both directions with respect to the longitudinal axis 13 acts.

Wie in 4 bis 7 gezeigt, können das Wärmeverteilerelement 9 und das Spannelement 10 zu einer Baueinheit oder Baugruppe optional fest verbunden sein, etwa vernietet mittels Blindniet.As in 4 to 7 shown, the heat spreader element 9 and the tensioning element 10 optionally connected to a structural unit or assembly, such as riveted by blind rivet.

Das Wärmeverteilerelement 9 und das Spannelement 10 können optional, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, über die Blindniet oder auch anderweitig mit dem Wärmeleitkern 8 mechanisch verbunden sein.The heat spreader element 9 and the tensioning element 10 can optionally, as shown in the embodiment, on the blind rivet or otherwise with the Wärmeleitkern 8th be mechanically connected.

Durch das Wärmeverteilerelement 9 und das Spannelement 10 wird die eingangs erwähnte, ideale thermische Kontaktierung mit der Gehäusewand 3 erreicht. Die Kühlvorrichtung 7 ist so zwischen wärmeerzeugender Komponente 6 und Gehäusewand 3 montiert, dass die Kühlvorrichtung 7 verklemmt ist. Mit anderen Worten ist ein maximaler Abstand von der unteren Oberfläche 12 bis zur äußersten Kontaktfläche der Laschen 17 mit der Gehäusewand 3 im entspannten Zustand größer als ein lichter Abstand zwischen wärmeerzeugender Komponente und Gehäusewand 3. Die die federnden Laschen 17 liegen mit äußeren Kontaktbereichen 27 an der Gehäusewand 3 auf der Innenseite 28 an, wobei die Kontaktbereiche 27 flächig und/oder linienförmig sein können. Die federnden Laschen 17 werden durch die über die Gehäusewand 3 aufgebrachte Gegenkraft leicht verbogen, wobei das Spannelement 10 dafür sorgt, dass jede Lasche 17 in entgegengesetzte Richtung gegen die Gehäusewand 3 gedrückt wird und gleichzeitig die zentrale Platte 15 des Wärmeverteilerelements 9 auf den Wärmeleitkern 8 gedrückt wird. Dadurch wird in beide Richtungen bezüglich der Längsachse 13 ein ausreichender Anpressdruck erreicht, der für einen optimalen Wärmeübergang vom Kern 8 auf die Gehäusewand 3 zur Abgabe der thermischen Energie sorgt. Dadurch werden die eingangs genannten Funktionen und Vorteile erreicht. Insbesondere werden sämtliche Toleranzen kompensiert. Zum einen werden Toleranzen in Z-Richtung, also parallel zur Längsachse 13 ausgeglichen, etwa aufgrund der Federwirkung der Laschen 17. Aufgrund der Ausgestaltung mit vier Laschen 17, die zu jeder Seite in X- und Y-Richtung abstehen, werden auch Toleranzen in X- und/oder Y-Richtung ausgeglichen. Etwa aufgrund von montagebedingten Toleranzen wie ein leicht schräger Einbau der Hauptplatine 5, würde der Wärmeleitkern 8 verkippt angeordnet sein bezogen auf die Gehäusewand 3. Die Laschen 17 würden dies ausgleichen, indem diese unterschiedlich stark verbogen werden. Das Spannelement 10 gewährleistet dennoch einen thermischen Kontakt aller Laschen 17 und der zentralen Platte 15.Through the heat spreader element 9 and the tensioning element 10 becomes the initially mentioned, ideal thermal contact with the housing wall 3 reached. The cooling device 7 is so between heat-producing component 6 and housing wall 3 mounted that the cooling device 7 is stuck. In other words, it is a maximum distance from the lower surface 12 to the outermost contact surface of the tabs 17 with the housing wall 3 in the relaxed state greater than a clear distance between the heat-generating component and the housing wall 3 , The springy tabs 17 lie with outer contact areas 27 on the housing wall 3 on the inside 28 on, with the contact areas 27 can be flat and / or linear. The springy tabs 17 be through the over the housing wall 3 applied counterforce slightly bent, with the clamping element 10 ensures that every tab 17 in the opposite direction against the housing wall 3 is pressed while the central plate 15 the heat spreader element 9 on the Wärmeleitkern. 8 is pressed. This will in both directions with respect to the longitudinal axis 13 a sufficient contact pressure is achieved, for optimum heat transfer from the core 8th on the housing wall 3 ensures the release of thermal energy. As a result, the features and advantages mentioned above are achieved. In particular, all tolerances are compensated. On the one hand, tolerances in the Z direction, ie parallel to the longitudinal axis 13 balanced, for example due to the spring action of the tabs 17 , Due to the design with four tabs 17 , which protrude to either side in the X and Y directions, tolerances in the X and / or Y direction are also compensated. For example, due to assembly-related tolerances such as a slightly oblique installation of the motherboard 5 , would the thermal conductor 8th be arranged tilted relative to the housing wall 3 , The tabs 17 would compensate for this by being bent differently. The tensioning element 10 nevertheless ensures thermal contact of all straps 17 and the central plate 15 ,

Um den Wärmeübergang von dem Kern 8 auf die Gehäusewand 3 noch weiter zu verbessern, kann optional der Schirmungskörper 11 vorgesehen sein. Dieser ist als Hohlkörper ausgebildet mit einer durchgängigen Öffnung. Der Schirmungskörper 11 ist an die Innenseite 28 festgelegt und derart angeordnet und ausgebildet, dass dieser die Kühlvorrichtung 7 leicht beabstandet kanalartig umgibt. Der Schirmungskörper 11 ist an die äußere Formgebung der Elemente der Kühlvorrichtung 7 angepasst. Der Schirmungskörper 11 erstreckt sich bezogen auf die Längsachse 13 ausgehend von der Gehäusewand 3 bis fast um den gesamten Kern 8 in der Längsachsenrichtung. Der Schirmungskörper 11 trägt dazu bei, dass von der Kühlvorrichtung 7 aufgenommene thermische Energie nicht oder nur bedingt zurück in das Innere 29 des Gehäuses 2 zurückstrahlt oder zurückgegeben wird.To the heat transfer from the core 8th on the housing wall 3 To further improve, the shielding body 11 may optionally be provided. This is designed as a hollow body with a continuous opening. The shielding body 11 is on the inside 28 set and arranged and designed such that this the cooling device 7 slightly spaced channel surrounds. The shielding body 11 is due to the external shape of the elements of the cooling device 7 customized. The shielding body 11 extends with respect to the longitudinal axis 13 starting from the housing wall 3 almost to the entire core 8th in the longitudinal axis direction. The shielding body 11 helps to keep that from the cooler 7 absorbed thermal energy not or only partially back into the interior 29 of the housing 2 is returned or returned.

Weiterhin kann optional eine Wärmeisolationsschicht 30 vorgesehen sein, die an die Innenseite 28 der Gehäusewand 3 angebracht ist in einem oder mehreren Bereichen, die frei von der Kühlvorrichtung 7 ist. Die Wärmeisolationsschicht 30 ist beispielweise eine Isolationsplatte oder -folie, die eine Aussparung 31, die entsprechend der Kühlvorrichtung 7, etwa dem Schirmungskörper 11 angepasst ist. Diese Wärmeisolationsschicht 30 verhindert, dass thermische Energie, die die Gehäusewand 3 aufgenommen hat, wieder zurück in das Innere 29 strahlt.Furthermore, optionally, a heat insulating layer 30 be provided on the inside 28 the housing wall 3 is attached in one or more areas that are free of the cooling device 7 is. The heat insulation layer 30 For example, is an insulation plate or foil, which has a recess 31 corresponding to the cooling device 7 , such as the shielding body 11 is adjusted. This heat insulation layer 30 Prevents thermal energy coming from the housing wall 3 has taken, back to the interior again 29 shine.

Weiterhin können optional sich von der zentralen Platte 24 des Spannelements 10 ebenso zumindest zwei gegenüberliegende Klemmlaschen erstrecken, die das Wärmeverteilerelement 9 auch an die Außenseiten 19 des Wärmeleitkerns 8 drücken. Dadurch wird der Wärmeübergang weiter verbessert.Furthermore, optional can be different from the central plate 24 of the clamping element 10 also extend at least two opposing clamping tabs, which the heat spreader element 9 also to the outsides 19 the Wärmeleitkerns 8th to press. This further improves the heat transfer.

Das beschriebene Computersystem 1 bzw. die beschriebene Kühlvorrichtung 7 ermöglichen die eingangs genannten Vorteile und Funktionen. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die konkreten konstruktiven Ausgestaltungen der beschriebenen Elemente variieren können. Beispielsweise können andere, geeignete Werkstoffe verwendet werden.The described computer system 1 or the described cooling device 7 allow the advantages and functions mentioned above. It should be noted at this point that the specific constructive embodiments of the described elements can vary. For example, other suitable materials may be used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Computersystemcomputer system
22: Gehäusecasing
33: Gehäusewandhousing wall
44: GehäuseseitenwandHousing sidewall
55: Hauptplatinemotherboard
66: wärmeerzeugende Komponenteheat generating component
77: Kühlvorrichtungcooler
88th: WärmeleitkernHeat-conductive
99: WärmeverteilerelementHeat distribution element
1010: Spannelementclamping element
1111: SchirmungskörperSchirmungskörper
1212: untere Oberflächelower surface
1313: Längsachselongitudinal axis
1414: obere Oberflächeupper surface
1515: zentrale Plattecentral plate
1616: Auflageflächebearing surface
1717: federnde Lascheresilient flap
1818: erster Abschnittfirst section
1919: Außenseiteoutside
2020: zweiter Abschnittsecond part
2121: U-förmiger AbschnittU-shaped section
2222: freier Endabschnittfree end section
2323: Vertiefungdeepening
2424: zentrale Platte des Spannelementscentral plate of the clamping element
2525: Spannlascheinstep strap
2626: Unterseitebottom
2727: Kontaktbereichcontact area
2828: Innenseiteinside
2929: InneresInterior
3030: WärmeisolationsschichtThermal insulation layer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Standards IEC 60529 [0011]
DIN EN 60529 [0011]

Claims

Cooling device (7) for passive cooling of a computer system (1), comprising a heat conducting core (8) having a lower surface (12) for receiving thermal energy from a heat generating component (6) and an upper surface (14) opposite the lower surface (12); and a heat distribution element (9) arranged on the heat conducting core (8), which rests with a bearing surface (16) on the upper surface (14) of the heat conducting core (8), so that the thermal energy absorbed by the heat conducting core (8) passes over the upper Surface (14) can be delivered to the heat spreader element (9); wherein on the heat distribution element (9) at least one resilient tab (17) is formed such that - in a installed state of the cooling device (7) in the computer system (1) - under mechanical tension with a housing wall (3) of the computer system ( 1) is in thermal contact with the delivery of the absorbed thermal energy to the housing wall (3).

Cooling device (7) after Claim 1 wherein the heat spreader element (9) comprises two resilient tabs (17) arranged opposite one another.

Cooling device (7) according to one of the preceding claims, wherein the heat distribution element (9) has four resilient tabs (17) arranged in pairs opposite one another.

Cooling device (7) according to one of the preceding claims, wherein the heat distribution element (9) has a central plate (15) with the support surface (16) from which the one or more tabs (17) extend.

Cooling device (7) after Claim 4 , wherein each tab (17) first perpendicular to the plate (15), in particular parallel to an outer side (19) of the Wärmeleitkerns (8), extends and then parallel to the plate (15) of the Wärmeleitkern (8) away.

Cooling device (7) after Claim 4 or 5 , wherein extending from the central plate (15) perpendicular at least two opposite, resilient clamping tabs, which surround the heat conducting core (8) at one or more outer sides (19) by clamping.

Cooling device (7) according to one of the preceding claims, wherein a free end portion (22) of each tab (17) projects inwardly towards a longitudinal axis (13) of the heat conducting core (8).

Cooling device (7) after Claim 7 wherein each tab (17) has a bent, approximately U-shaped portion (21) with the free end portion (22).

Cooling device (7) according to one of the preceding claims, comprising a resilient clamping element (10), which is arranged on the heat distribution element (9) and cooperates with this, that the clamping element (10) the one or more, in particular each, tabs (17 ) and urges the central plate (15) in opposite directions.

Cooling device (7) after Claim 9 , wherein the clamping element (10) on the central plate (15) is supported and for each tab (17) has at least one clamping strap (25) with a corresponding, the central plate (15) facing bottom (26) of the corresponding tab (17) of the heat spreader element (9) cooperates.

Computer system (1) comprising - A housing (2) with a housing wall (3); and a heat-generating component (6) fixed in the interior (29) of the housing (2) and a cooling device (7) arranged in the interior (29) of the housing (2) with a heat-conducting core (8) and a heat-distributing element (9) according to one of previous claims, wherein - The heat conducting core (8) having a lower surface (12) on the heat generating component (6) is arranged for receiving thermal energy and having a lower surface (12) opposite upper surface (14); - The heat spreader element (9) on the Wärmeleitkern (8) is arranged and with a bearing surface (16) rests on the upper surface (14) of the Wärmeleitkerns (8), so that the thermal energy absorbed by the Wärmeleitkern (8) over the upper Surface (14) can be delivered to the heat spreader element (9); - At the heat distribution element (9) at least one resilient tab (17) is formed such that it is under mechanical tension with a housing wall (3) of the computer system (1) in thermal contact for discharging the absorbed thermal energy to the housing wall (3 ).

Computer system (1) after Claim 11 further comprising a resilient biasing member (10) disposed on and cooperating with the heat spreader element (9) such that the tension member (10) receives the one or more, particularly each, tabs (17) and the central plate (15). pushes in opposite directions.

Computer system (1) according to one of Claims 11 or 12 , wherein the cooling device (7) has a shielding body (11), which on the Inner side (28) of the housing wall (3) is fixed and the cooling device (7) from all sides such a channel surrounds that starting from the housing wall (3) relative to the longitudinal axis (13) of the Wärmeleitkerns (8) at least the heat spreader element (9) is surrounded to provide a shielding of the thermal energy absorbed by the heat spreader element (9), the clamping element (10) and / or the Wärmeleitkerns (8).

Computer system (1) according to one of Claims 11 to 13 , wherein on the inside (28) of the housing wall (3) in areas which are free of the cooling device (7), a heat insulating layer (30), such as a heat insulating film, is arranged.