DE102017125720A1 - Cooling device for the passive cooling of a computer system and computer system with such a cooling device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (KV) zum passiven Kühlen eines Computersystems, aufweisend ein erstes, zweites und drittes Wärmeleitelement (1, 2, 3a, 3b). Das erste Wärmeleitelement (1) ist thermisch mit einer wärmeerzeugenden Komponente (4) koppelbar. Das zweite Wärmeleitelement (2) stellt eine thermische Kopplung zwischen dem ersten Wärmeleitelement (1) und dem dritten Wärmeleitelement (3a, 3b) her. Das zweite Wärmeleitelement (2) ist in einer Höhenrichtung (z) der Kühlvorrichtung (KV) in einem vorgegebenen Bereich variabel am ersten Wärmeleitelement (1) positionierbar. Ferner ist eine Fixiervorrichtung zum Fixieren des zweiten Wärmeleitelements (2) am dritten Wärmeleitelement (3a, 3b) in der Höhenrichtung (z) eingerichtet, wobei in einem fixierten Zustand des zweiten Wärmeleitelements (2) eine Kontaktkraft zwischen dem zweiten Wärmeleitelement (2) und dem dritten Wärmeleitelement (3a, 3b) in der Höhenrichtung (z) in eine Kontaktkraft zwischen dem zweiten Wärmeleitelement (2) und dem ersten Wärmeleitelement (1) in einer zur Höhenrichtung (z) im Wesentlichen senkrechten Richtung (x, y) gewandelt wird. Somit ist das zweite Wärmeleitelement (2) im Wesentlichen frei von einer Kontaktkraft in der Höhenrichtung (z) am ersten Wärmeleitelement (1) fixiert.

Figure DE102017125720A1_0000
The invention relates to a cooling device (KV) for the passive cooling of a computer system, comprising a first, second and third heat-conducting element (1, 2, 3a, 3b). The first heat-conducting element (1) can be thermally coupled to a heat-generating component (4). The second heat-conducting element (2) establishes a thermal coupling between the first heat-conducting element (1) and the third heat-conducting element (3a, 3b). In a height direction (z) of the cooling device (KV), the second heat-conducting element (2) can be variably positioned in a predetermined region on the first heat-conducting element (1). Furthermore, a fixing device for fixing the second heat-conducting element (2) to the third heat-conducting element (3a, 3b) in the height direction (z) is set up, wherein in a fixed state of the second heat-conducting element (2) a contact force between the second heat-conducting element (2) and the third heat-conducting element (3a, 3b) in the height direction (z) in a contact force between the second heat-conducting element (2) and the first heat-conducting element (1) in a height direction (z) substantially perpendicular direction (x, y) is converted. Thus, the second heat-conducting element (2) is fixed substantially free of a contact force in the height direction (z) on the first heat-conducting element (1).
Figure DE102017125720A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum passiven Kühlen eines Computersystems zum Abführen thermischer Energie einer wärmeerzeugenden Komponente. Ferner betrifft die Erfindung ein Computersystem mit einer solchen Kühlvorrichtung.The invention relates to a cooling device for passively cooling a computer system for dissipating thermal energy of a heat-generating component. Furthermore, the invention relates to a computer system with such a cooling device.

Computersysteme erzeugen in ihrem Betrieb eine verhältnismäßig große Menge an Abwärme, die zum sicheren Betrieb des Computersystems abgeführt werden muss. Eine wesentliche Wärmequelle stellt dabei z.B. ein Prozessor des jeweiligen Computersystems dar. Typischerweise erfolgt eine Kühlung solcher Computersysteme aktiv über einen oder mehrere Systemlüfter, die einen Luftstrom im Inneren des Computersystems erzeugen, um Abwärme des Computersystems nach außen abzuführen.Computer systems generate a relatively large amount of waste heat in their operation, which must be dissipated for safe operation of the computer system. A significant source of heat is e.g. Typically, such computer systems are actively cooled by one or more system fans that generate airflow within the computer system to dissipate waste heat from the computer system to the outside.

Für verschiedene Anwendungsfälle, insbesondere im industriellen Bereich, kann es jedoch erwünscht sein, auf eine aktive Kühlung eines Computersystems mittels eines Systemlüfters zu verzichten. In bestimmten Betriebssituationen beziehungsweise Anwendungsfällen, gerade im industriellen Umfeld, ist oftmals eine aktive Kühllösung nicht implementierbar. Ein anderer Grund wäre beispielsweise der Einsatz des Computersystems in einem Dauerbetrieb, wobei ein Systemlüfter eine wartungs- und ausfallanfällige Komponente darstellen würde.For various applications, especially in the industrial sector, it may be desirable to dispense with active cooling of a computer system by means of a system fan. In certain operating situations or applications, especially in the industrial environment, often an active cooling solution can not be implemented. Another reason would be, for example, the use of the computer system in a continuous operation, wherein a system fan would represent a maintenance and failure prone component.

Ferner wird verstärkt auf passive Kühllösungen gesetzt, die gerade in einem breiten Temperaturbereich zwischen -20 °C bis zu +60 °C in einem Dauerbetrieb (24/7-Betrieb) Anwendung finden sollen. Derartige Anwendungsfälle ergeben sich insbesondere für Industrie-PCs, insbesondere für Computersysteme, die an exponierten und teilweise extremen Betriebsorten (zum Beispiel mit sehr hoher oder sehr niedriger Temperatur) betrieben werden sollen.In addition, more and more passive cooling solutions are being used, which are currently in continuous operation in a wide temperature range between -20 ° C to +60 ° C (24 / 7 Operation). Such applications are particularly evident for industrial PCs, especially for computer systems that are to be operated at exposed and sometimes extreme operating locations (for example, with very high or very low temperature).

Eine technische Herausforderung passiver, lüfterloser Kühllösungen besteht in den eingesetzten mechanischen Bauteilen und deren Anordnung bzw. mechanische Verbindung/Kontakt zum wirksamen Abführen der thermischen Energie, die von einer oder mehreren wärmeerzeugenden Komponenten im Computersystem erzeugt wird. Dabei besteht eine Schwierigkeit im Toleranzausgleich in einer oder mehreren Raumrichtungen, um eine wirksame Kontaktkraft zwischen einer jeweiligen wärmeerzeugenden Komponente (z.B. Prozessor) und den beteiligten Wärmeleitelementen für einen wirksamen Wärmetransport zu erzeugen.A technical challenge of passive, fanless cooling solutions is the mechanical components used and their arrangement or mechanical connection / contact for effectively dissipating the thermal energy generated by one or more heat-generating components in the computer system. There is a difficulty in compensating for tolerances in one or more spatial directions to produce an effective contact force between a respective heat generating component (e.g., processor) and the heat transfer elements involved for efficient heat transfer.

Herkömmliche Lösungen passiver Kühlvorrichtungen sehen dabei vor, Füllmaterialien, wie zum Beispiel Wärmeleitpasten, einzusetzen, um Bauteiltoleranzen zwischen einer wärmeerzeugenden Komponente und einer äußeren Abstrahlfläche (zum Beispiel einem Chassis und/oder einem Kühlkörper) auszugleichen. Ein Nachteil solcher Lösungen besteht jedoch darin, dass eine thermische Leitfähigkeit der eingesetzten Füllmaterialien deutlich schlechter ist als eine Wärmeleitfähigkeit der sonstigen Wärmeleitelemente, die beispielsweise aus Metall, insbesondere Aluminium, mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gefertigt sind. Außerdem entstehen bei Einsatz solcher Füllmaterialien weitere Wärmeübergänge zwischen den beteiligten Komponenten, die sich negativ auf eine thermische Kopplung auswirken können.Conventional solutions of passive cooling devices envisage using fillers, such as thermal grease, to compensate for component tolerances between a heat-generating component and an outer radiating surface (for example, a chassis and / or a heat sink). A disadvantage of such solutions, however, is that a thermal conductivity of the filling materials used is significantly worse than a thermal conductivity of the other heat conducting elements, which are made for example of metal, in particular aluminum, with a high thermal conductivity. In addition, with the use of such fillers further heat transfer between the components involved, which can have a negative effect on a thermal coupling.

Ferner erfordern bisherige Lösungen alternativ oder zusätzlich zu Füllmaterialien, dass ein Systemboard, auf dem eine betreffende wärmeerzeugende Komponente installiert ist, mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, um eine ausreichende Kontaktkraft zwischen den beteiligten Komponenten/Elementen in der thermischen Übertragungsstrecke von der wärmeerzeugenden Komponente hin zu einer äußeren Abstrahlfläche der Kühlvorrichtung zu erzeugen. Das Beaufschlagen eines Systemboards mit einer Druckkraft hat jedoch den gravierenden Nachteil, dass aufgrund einer Alterung des Systemboards eine Kontaktkraft mit der Zeit abnimmt und somit eine Verringerung der Kühlleistung der Kühlvorrichtung auftritt, was schließlich zu einer reduzierten Leistung der wärmeerzeugenden Komponente führt. Ferner kann eine kontinuierliche Beanspruchung eines Systemboards mit einer Kontaktkraft auch zu einem Bauteilschaden auf dem Systemboard und schließlich zu einem Ausfall einiger oder aller Komponenten des Systemboards und schließlich des gesamten Computersystems führen.Further, as an alternative or in addition to filling materials, previous solutions require that a system board on which a respective heat-generating component is installed be subjected to a compressive force to provide a sufficient contact force between the involved components / elements in the thermal transfer path from the heat-generating component to one outer radiating surface of the cooling device to produce. However, the application of a system board with a compressive force has the serious disadvantage that due to aging of the system board, a contact force decreases with time and thus a reduction in the cooling capacity of the cooling device occurs, which ultimately leads to a reduced performance of the heat-generating component. Further, continuous loading of a system board with a contact force can also result in component damage to the system board and ultimately failure of some or all components of the system board and ultimately the entire computer system.

Weitere herkömmliche Lösungen sehen insbesondere für einen Toleranzausgleich sogenannte flexible Wärmeleitelemente beziehungsweise Kühlkörper vor, die oftmals einen gefederten Höhenausgleich bei dennoch wirksamer Wärmeabfuhr ermöglichen. Derartige Lösungen sind insbesondere gegenüber Lösungen mit Füllmaterialien vorteilhaft, weil sie eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Allerdings haben auch derartige Lösungen den Nachteil, dass eine kontinuierliche Druckkraft auf die Komponenten des Systemboards aufgebracht wird, was zu den oben erläuterten Nachteilen führen kann.Other conventional solutions provide, in particular for a tolerance compensation, so-called flexible heat-conducting elements or heat sinks, which often make possible sprung height compensation with nevertheless effective heat dissipation. Such solutions are particularly advantageous over solutions with filling materials, because they have a better thermal conductivity. However, even such solutions have the disadvantage that a continuous compressive force is applied to the components of the system board, which can lead to the disadvantages explained above.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung zum passiven Kühlen eines Computersystems bereitzustellen, die die obigen Nachteile überwindet.It is therefore an object of the invention to provide a cooling apparatus for passively cooling a computer system which overcomes the above disadvantages.

Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt durch eine Kühlvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitergehende Ausgestaltungen und Implementierungen sind in den zugehörigen Unteransprüchen offenbart.This object is achieved in a first aspect by a cooling device according to claim 1. Further embodiments and implementations are disclosed in the appended subclaims.

Die Kühlvorrichtung ist zum passiven Kühlen eines Computersystems eingerichtet und weist ein erstes Wärmeleitelement, ein zweites Wärmeleitelement und ein drittes Wärmeleitelement auf. Das erste Wärmeleitelement ist thermisch mit einer wärmeerzeugenden Komponente koppelbar. Das zweite Wärmeleitelement ist dem ersten Wärmeleitelement und dem dritten Wärmeleitelement zwischengelagert und stellt eine thermische Kopplung zwischen dem ersten Wärmeleitelement und dem dritten Wärmeleitelement her. The cooling device is designed for the passive cooling of a computer system and has a first heat-conducting element, a second heat-conducting element and a third heat-conducting element. The first heat-conducting element can be thermally coupled with a heat-generating component. The second heat-conducting element is interposed between the first heat-conducting element and the third heat-conducting element and establishes a thermal coupling between the first heat-conducting element and the third heat-conducting element.

Bei dieser Kühlvorrichtung ist zudem das zweite Wärmeleitelement in einer Höhenrichtung der Kühlvorrichtung, zum Beispiel in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene eines Systemboards, auf dem die wärmeerzeugende Komponente installiert ist, in einem vorgegebenen Bereich variabel am ersten Wärmeleitelement positionierbar.In this cooling apparatus, moreover, the second heat conduction member in a height direction of the cooling apparatus, for example, in a direction perpendicular to a plane of a system board on which the heat generating component is installed, is variably positionable in a predetermined range on the first heat conduction member.

Die Kühlvorrichtung weist ferner eine Fixiervorrichtung auf zum Fixieren des zweiten Wärmeleitelements am dritten Wärmeleitelement in der Höhenrichtung, wobei in einem fixierten Zustand des zweiten Wärmeleitelements am dritten Wärmeleitelement eine Kontaktkraft zwischen dem zweiten Wärmeleitelement und dem dritten Wärmeleitelement in der Höhenrichtung herstellbar ist. Diese Kontaktkraft wird vermittels des zweiten Wärmeleitelements in eine Kontaktkraft zwischen dem zweiten Wärmeleitelement und dem ersten Wärmeleitelement in einer zur Höhenrichtung im Wesentlichen senkrechten Richtung gewandelt, so dass das zweite Wärmeleitelement im Wesentlichen frei von einer Kontaktkraft in der Höhenrichtung am ersten Wärmeleitelement fixiert ist.The cooling device further comprises a fixing device for fixing the second heat-conducting element on the third heat-conducting element in the height direction, wherein in a fixed state of the second heat-conducting element on the third heat-conducting element a contact force between the second heat-conducting element and the third heat-conducting element in the height direction can be produced. This contact force is converted by means of the second heat-conducting element into a contact force between the second heat-conducting element and the first heat-conducting element in a direction substantially perpendicular to the height direction, so that the second heat-conducting element is fixed substantially free from a contact force in the height direction on the first heat-conducting element.

Eine derartige Kühlvorrichtung hat den Vorteil gegenüber herkömmlichen Lösungen, dass ein Toleranzausgleich in verschiedenen Raumrichtungen, insbesondere in einer Höhenrichtung der Kühlvorrichtung, unabhängig von einer Kontaktkraft auf die wärmeerzeugende Komponente beziehungsweise auf ein Systemboard mit der wärmeerzeugenden Komponente erreicht wird. Insbesondere wird durch die erläuterte Kühlvorrichtung eine Kontaktkraft zwischen dem ersten Wärmeleitelement und der wärmeerzeugenden Komponente in der Höhenrichtung (welche für einen wirksamen Wärmeübergang zwischen der wärmeerzeugenden Komponente und dem ersten Wärmeleitelement erforderlich ist) von einer Kontaktkraft zwischen dem zweiten Wärmeleitelement und dem dritten Wärmeleitelement in der Höhenrichtung (welche für einen wirksamen Wärmeübergang zum Abführen der thermischen Energie nach außen erforderlich ist) entkoppelt. Auf diese Weise ermöglicht die Kühlvorrichtung einen wirksamen Wärmeübergang von der wärmeerzeugenden Komponente bis hin zu einer Abstrahlfläche der Kühlvorrichtung durch Erzeugen von Kontaktkräften zwischen den beteiligten Bauteilen beziehungsweise Komponenten, ohne dass eine Kontaktkraft zwischen der wärmeerzeugenden Komponente und einer äußeren Abstrahlfläche der Kühlvorrichtung in der Höhenrichtung der Kühlvorrichtung eingebracht werden muss, die zu einer Durchbiegung eines Systemboards führen würde, auf dem die wärmeerzeugende Komponente montiert ist. Vielmehr wird, wie erläutert, eine in der Höhenrichtung zwischen dem zweiten Wärmeleitelement und dem dritten Wärmeleitelement wirkende Kontaktkraft vermittels des zweiten Wärmeleitelements in eine Kontaktkraft zwischen dem zweiten Wärmeleitelement und dem ersten Wärmeleitelement umgewandelt, die im Wesentlichen senkrecht zur Höhenrichtung (das heißt im Wesentlichen frei von Kraftanteilen in der Höhenrichtung) wirkt, so dass ein Kontakt zwischen dem zweiten Wärmeleitelement und dem ersten Wärmeleitelement im Wesentlichen frei von Kraftanteilen entlang der Höhenrichtung ist.Such a cooling device has the advantage over conventional solutions that a tolerance compensation in different spatial directions, in particular in a height direction of the cooling device, regardless of a contact force on the heat-generating component or on a system board with the heat-generating component is achieved. Specifically, by the illustrated cooling device, a contact force between the first heat conduction member and the heat generating component in the height direction (required for effective heat transfer between the heat generating component and the first heat conduction member) from a contact force between the second heat conduction member and the third heat conduction member in the height direction (which is required for efficient heat transfer to dissipate the thermal energy to the outside) decoupled. In this way, the cooling device enables effective heat transfer from the heat-generating component to a radiating surface of the cooling device by generating contact forces between the involved components without a contact force between the heat-generating component and an outer radiating surface of the cooling device in the height direction of the cooling device must be introduced, which would lead to a deflection of a system board on which the heat-generating component is mounted. Rather, as explained, a contact force acting in the height direction between the second heat conducting element and the third heat conducting element is converted by means of the second heat conducting element into a contact force between the second heat conducting element and the first heat conducting element, which is substantially perpendicular to the height direction (ie substantially free of Force components in the height direction) acts, so that a contact between the second heat conducting element and the first heat conducting element is substantially free of force components along the height direction.

Auf diese Weise erfordert die erläuterte Kühlvorrichtung keine Kraftkopplung entlang der Höhenrichtung zwischen sämtlichen beteiligten Bauteilen (das heißt von der wärmeerzeugenden Komponente bis hin zu einer äußeren Abstrahlfläche), was zu einer negativen Kraftbeanspruchung eines Systemboards führen würde, auf dem die wärmeerzeugende Komponente montiert ist. Dennoch erlaubt die erläuterte Kühlvorrichtung einen wirksamen Wärmeübergang von der wärmeerzeugenden Komponente bis hin zu einer äußeren Abstrahlfläche der Kühlvorrichtung durch wirksame thermische Verbindungen beziehungsweise Kopplungen zwischen den beteiligten Bauteilen und Elementen aufgrund wirksamer Kontaktkräfte.In this way, the illustrated cooling device does not require force coupling along the height direction between all involved components (that is, from the heat-generating component to an outer radiating surface), which would result in a negative force loading of a system board on which the heat-generating component is mounted. Nevertheless, the described cooling device allows effective heat transfer from the heat-generating component to an outer radiating surface of the cooling device through effective thermal connections or couplings between the components and elements involved due to effective contact forces.

Die hier erläuterte Kühlvorrichtung ermöglicht einen wirksamen Toleranzausgleich, insbesondere entlang der Höhenrichtung der Kühlvorrichtung, indem das zweite Wärmeleitelement in der Höhenrichtung variabel am ersten Wärmeleitelement positionierbar ist. Dadurch können Toleranzen der Kühlvorrichtung, die zum Beispiel durch Toleranzen der beteiligten Bauteile und Komponenten erzeugt werden, wirksam in der Höhenrichtung ausgeglichen werden. Wie oben erläutert, ist ein derartiger Toleranzausgleich ohne negative Krafteinbringung auf die wärmeerzeugenden Komponente oder ein entsprechendes Systemboard möglich.The cooling device explained here enables effective tolerance compensation, in particular along the height direction of the cooling device, in that the second heat-conducting element can be variably positioned in the height direction on the first heat-conducting element. As a result, tolerances of the cooling device, which are generated for example by tolerances of the components and components involved, can be compensated effectively in the height direction. As explained above, such tolerance compensation is possible without negative force introduction to the heat-generating component or a corresponding system board.

In diversen Ausgestaltungen der Kühlvorrichtung ist zwischen dem ersten Wärmeleitelement und der wärmeerzeugenden Komponente eine erste Wärmeübertragungsfläche A1 eingerichtet und zwischen dem ersten Wärmeleitelement und dem zweiten Wärmeleitelement eine zweite Wärmeübertragungsfläche A2 eingerichtet, wobei A2 > A1 gilt. Zwischen dem zweiten Wärmeleitelement und dem dritten Wärmeleitelement ist eine dritte Wärmeübertragungsfläche A3 eingerichtet, wobei A3 > A2 gilt. Das dritte Wärmeleitelement weist eine vierte Wärmeübertragungsfläche A4 als thermische Abstrahlfläche auf, wobei A4 > A3 gilt.In various embodiments of the cooling device, a first heat transfer surface A1 is arranged between the first heat-conducting element and the heat-generating component, and a second heat transfer surface A2 is set up between the first heat-conducting element and the second heat-conducting element, A2> A1. Between the second heat conducting element and the third heat conducting element is a third Heat transfer surface A3 established, where A3> A2 applies. The third heat conduction member has a fourth heat transfer surface A4 as a thermal radiation surface, where A4> A3.

Bei einer derartigen Implementierung der ersten, zweiten und dritten Wärmeleitelemente mit entsprechenden Oberflächen wird eine Kontaktfläche (Wärmeübertragungsfläche) zwischen den jeweiligen beteiligten Elementen, das heißt von der wärmeerzeugenden Komponente bis hin zum dritten Wärmeleitelement als thermische Abstrahlfläche, an jedem Übergang (thermische Schnittstelle) zwischen zwei Elementen vergrößert. Auf diese Weise erfolgt eine quasi kontinuierliche Vergrößerung einer Wärmeübertragungsfläche von der wärmeerzeugenden Komponente hin zum dritten Wärmeleitelement als thermisches Abstrahlelement. Durch eine quasi kontinuierliche Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche von der wärmeerzeugenden Komponente hin zu einem äußeren Bereich der Kühlvorrichtung wird eine „Einschnürung“ beziehungsweise ein sogenannter Flaschenhals (Bottleneck) oder gar ein gleichbleibender Querschnitt einer Wärmeübertragungsfläche vermieden, was den Wärmefluss behindern oder reduzieren würde. Vielmehr kann durch die Implementierungen der oben erläuterten Art die zu transportierende Wärmemenge in den beteiligten Wärmeleitelementen wirksam abgeführt werden.In such an implementation of the first, second and third heat conduction members having respective surfaces, a contact surface (heat transfer surface) between the respective constituent elements, that is, from the heat generating component to the third heat conduction member as a thermal radiating surface, at each transition (thermal interface) between two Enlarged elements. In this way, there is a quasi-continuous enlargement of a heat transfer surface from the heat-generating component to the third heat-conducting element as a thermal radiation element. By a quasi-continuous enlargement of the heat transfer surface of the heat-generating component towards an outer region of the cooling device, a "constriction" or a so-called bottleneck (Bottleneck) or even a constant cross section of a heat transfer surface is avoided, which would hinder or reduce the heat flow. Rather, can be effectively dissipated in the heat conduction elements involved by the implementations of the type described above, the amount of heat to be transported.

In diversen Implementierungen der Kühlvorrichtung weist diese einen Kühlkörper auf, wobei das dritte Wärmeleitelement thermisch mit dem Kühlkörper gekoppelt ist zum Abführen einer von der wärmeerzeugenden Komponente erzeugten thermischen Energie. Die Kühlvorrichtung kann dabei derart eingerichtet sein, dass das dritte Wärmeleitelement dem zweiten Wärmeleitelement und dem Kühlkörper zwischengelagert ist. Bei diesen Implementierungen kann der Kühlkörper somit ein äußerstes Element der Kühlvorrichtung zum Abführen der thermischen Energie der wärmeerzeugenden Komponente darstellen. Zwischen dem Kühlkörper und dem dritten Wärmeleitelement kann dabei eine Wärmeübertragungsfläche A5 eingerichtet sein, wobei A5 > A3 bzw. A5 > A4 (siehe oben) gilt. Somit bildet auch der Kühlkörper eine kontinuierliche Erweiterung einer Wärmeübertragungsfläche mit den oben erläuterten Vorteilen.In various implementations of the cooling device, this has a heat sink, wherein the third heat-conducting element is thermally coupled to the heat sink for discharging a thermal energy generated by the heat-generating component. The cooling device can be set up such that the third heat-conducting element is interposed between the second heat-conducting element and the heat sink. In these implementations, the heat sink may thus constitute an ultimate element of the cooling device for dissipating the thermal energy of the heat-generating component. In this case, a heat transfer surface can be between the heat sink and the third heat conducting element A5 be established, wherein A5> A3 or A5> A4 (see above) applies. Thus, the heat sink forms a continuous extension of a heat transfer surface with the advantages explained above.

Der Kühlkörper kann beispielsweise mit Kühlrippen beziehungsweise Kühlfinnen eingerichtet sein, um erstens eine wirksame Vergrößerung der Wärmeabgabefläche nach außen zu erzielen und andererseits eine gute Wärmeabfuhr vermittels Konvektion zu ermöglichen. Hier können fachübliche Implementierungen und Ausgestaltungen von Kühlkörpern Anwendung finden.The heat sink can be configured, for example, with cooling fins or cooling fins, in order firstly to achieve an effective enlargement of the heat discharge surface to the outside and secondly to enable good heat removal by means of convection. Here, customary implementations and embodiments of heat sinks can be used.

In diversen Implementierungen der Kühlvorrichtung weist das erste Wärmeleitelement einen Basisabschnitt zum thermischen Koppeln mit der wärmeerzeugenden Komponente und einen auf dem Basisabschnitt aufbauenden zylinderförmigen Mantelabschnitt zum thermischen Koppeln mit dem zweiten Wärmeleitelement auf. Das erste Wärmeleitelement kann am Basisabschnitt zum Beispiel über einen Träger mit der wärmeerzeugenden Komponente kraftgekoppelt werden. Beispielsweise kann der Träger über Verschraubungen an einem Systemboard verschraubt werden, auf dem die wärmeerzeugende Komponente montiert ist. Auf diese Weise kann eine wirksame thermische Kopplung durch eine Kontaktkraft zwischen dem ersten Wärmeleitelement und der wärmeerzeugenden Komponente erzielt werden. Der zylinderförmige Mantelabschnitt des ersten Wärmeleitelements erlaubt zudem eine variable Positionierung des zweiten Wärmeleitelements in der Höhenrichtung (Achsenrichtung des zylinderförmigen Mantelabschnitts des ersten Wärmeleitelements) am ersten Wärmeleitelement, wie oben erläutert. Dennoch kann bei einer derartigen Konfiguration des ersten Wärmeleitelements eine wirksame Kontaktkraft zwischen dem ersten Wärmeleitelement und dem zweiten Wärmeleitelement in einer zur Höhenrichtung im Wesentlichen senkrechten Richtung erzielt werden. Insbesondere kann die zur Höhenrichtung senkrechte Richtung der Kontaktkraft zwischen dem ersten Wärmeleitelement und dem zweiten Wärmeleitelement eine Kontaktkraft sein, die in radialer Richtung am zylinderförmigen Mantelabschnitt des ersten Wärmeleitelements (zum Beispiel in Richtung der Rotationsachse des zylinderförmigen Mantelabschnitts) wirkt. Auf diese Weise begünstigt ein derart konfiguriertes erstes Wärmeleitelement einerseits einen leicht erzielbaren Toleranzausgleich in Höhenrichtung der Kühlvorrichtung und andererseits eine wirksame thermische Verbindung beziehungsweise Kopplung sowohl des ersten Wärmeleitelements bezüglich der wärmeerzeugenden Komponente als auch des ersten Wärmeleitelements bezüglich des zweiten Wärmeleitelements.In various implementations of the cooling apparatus, the first heat-conducting element has a base portion for thermal coupling with the heat-generating component and a cylindrical shell portion constituting the base portion for thermal coupling to the second heat-conducting member. The first heat-conducting element can be force-coupled to the base section, for example via a support with the heat-generating component. For example, the carrier can be screwed via screwing to a system board on which the heat-generating component is mounted. In this way, an effective thermal coupling can be achieved by a contact force between the first heat conducting element and the heat generating component. The cylindrical jacket section of the first heat-conducting element also permits variable positioning of the second heat-conducting element in the height direction (axial direction of the cylindrical jacket section of the first heat-conducting element) on the first heat-conducting element, as explained above. Nevertheless, with such a configuration of the first heat-conducting element, an effective contact force between the first heat-conducting element and the second heat-conducting element can be achieved in a direction substantially perpendicular to the height direction. In particular, the direction perpendicular to the height direction of the contact force between the first heat-conducting element and the second heat-conducting element may be a contact force acting in the radial direction on the cylindrical shell section of the first heat-conducting element (for example in the direction of the axis of rotation of the cylindrical shell section). In this way, a first heat-conducting element configured in this way on the one hand promotes an easily achievable tolerance compensation in the vertical direction of the cooling device and, on the other hand, an effective thermal connection or coupling of both the first heat-conducting element with respect to the heat-generating component and the first heat-conducting element with respect to the second heat-conducting element.

In diversen Implementierungen der Kühlvorrichtung weist das zweite Wärmeleitelement einen zylinderförmigen Innenbereich zum thermischen Koppeln mit dem ersten Wärmeleitelement auf. Eine derartige Ausgestaltung des zweiten Wärmeleitelements ist insbesondere vorteilhaft, in dem Fall, dass das erste Wärmeleitelement mit einem zylinderförmigen Mantelabschnitt, wie oben erläutert, eingerichtet ist. In diesem Fall bildet der zylinderförmige Innenbereich des zweiten Wärmeleitelements quasi die Negativform zum zylinderförmigen Mantelabschnitt des ersten Wärmeleitelements, wodurch eine wirksame Kontaktkraft beziehungsweise Kopplung zwischen dem ersten Wärmeleitelement und dem zweiten Wärmeleitelement und damit eine gute thermische Kopplung erzielbar ist. Es ist jedoch denkbar, ein derart ausgestaltetes zweites Wärmeleitelement auch bei anderen Konfigurationen des ersten Wärmeleitelements einzusetzen.In various implementations of the cooling device, the second heat-conducting element has a cylindrical inner region for thermal coupling to the first heat-conducting element. Such a configuration of the second heat-conducting element is particularly advantageous, in the case that the first heat-conducting element with a cylindrical shell portion, as explained above, is set up. In this case, the cylindrical inner region of the second heat-conducting element forms quasi the negative mold to the cylindrical shell portion of the first heat conducting element, whereby an effective contact force or coupling between the first heat conducting element and the second heat conducting element and thus a good thermal coupling can be achieved. However, it is conceivable, such a configured second heat conducting element to use in other configurations of the first heat conducting element.

Das zweite Wärmeleitelement weist in diversen Implementierungen weiterhin alternativ oder ergänzend einen konusförmigen Außenbereich zum thermischen Koppeln mit dem dritten Wärmeleitelement auf. Durch den konusförmigen Außenbereich kann einerseits ein wirksames mechanisches Zusammenspiel zwischen dem zweiten und dritten Wärmeleitelement bei gleichzeitig guter thermischer Kopplung erzielt werden. In einer Ausgestaltung, bei der das zweite Wärmeleitelement sowohl einen zylinderförmigen Innenbereich als auch ein konusförmigen Außenbereich aufweist, kann insbesondere wirksam eine Vergrößerung einer Wärmeübertragungsfläche vom ersten Wärmeleitelement vermittels des zweiten Wärmeleitelements hin zum dritten Wärmeleitelement gemäß den obigen Erläuterungen erzielt werden.In various implementations, the second heat-conducting element furthermore has, as an alternative or in addition, a conical outer area for thermal coupling to the third heat-conducting element. On the one hand, an effective mechanical interaction between the second and third heat-conducting elements with good thermal coupling can be achieved by the conical outer region. In an embodiment in which the second heat-conducting element has both a cylindrical inner region and a conical outer region, an enlargement of a heat transfer surface from the first heat-conducting element by means of the second heat-conducting element to the third heat-conducting element according to the above explanations can be achieved in an efficient manner.

In diversen Ausgestaltungen weist das zweite Wärmeleitelement einen oberen ringförmigen Bereich auf, an dem mehrere flexible Segmente angeformt sind, wobei die flexiblen Segmente den konusförmigen Außenbereich bilden. Eine derartige Ausgestaltung des zweiten Wärmeleitelements hat den Vorteil, dass bei einer Fixierung des zweiten Wärmeleitelements am dritten Wärmeleitelement vermittels der Fixiervorrichtung in der Höhenrichtung auch ein mechanischer Kontakt zwischen dem zweiten Wärmeleitelement und dem ersten Wärmeleitelement wirksam hergestellt werden kann, wobei die flexiblen Segmente des zweiten Wärmeleitelements eine (wenn auch geringe) Biegung hin zu einer Wandung beziehungsweise Oberfläche des ersten Wärmeleitelements vollführen.In various embodiments, the second heat-conducting element has an upper annular region, on which a plurality of flexible segments are formed, wherein the flexible segments form the cone-shaped outer region. Such a configuration of the second heat-conducting element has the advantage that when the second heat-conducting element is fixed to the third heat-conducting element by means of the fixing device in the height direction, a mechanical contact between the second heat-conducting element and the first heat-conducting element can be effectively produced, wherein the flexible segments of the second heat-conducting element perform a (albeit small) bend towards a wall or surface of the first heat conducting element.

In diversen Ausgestaltungen der Kühlvorrichtung weist das dritte Wärmeleitelement einen konusförmigen Innenbereich zum thermischen Koppeln mit dem zweiten Wärmeleitelement auf. Insbesondere in einer Ausgestaltung des zweiten Wärmeleitelements mit einem konusförmigen Außenbereich ermöglicht das dritte Wärmeleitelement somit eine gute mechanische bzw. thermische Kopplung zwischen dem zweiten Wärmeleitelement und dem dritten Wärmeleitelement. In diesem Fall weist das dritte Wärmeleitelement quasi eine Negativform des konusförmigen Außenbereichs des zweiten Wärmeleitelements auf. Es ist jedoch möglich, das dritte Wärmeleitelement auch mit anderen Ausgestaltungen des zweiten Wärmeleitelements zu verwenden. Weiterhin weist das dritte Wärmeleitelement einen Außenbereich als thermische Abstrahlfläche auf. In einer Implementierung der Kühlvorrichtung mit einem zusätzlichen Kühlkörper kann der Außenbereich des dritten Wärmeleitelements mit einer entsprechenden Oberfläche des Kühlkörpers thermisch gekoppelt werden.In various embodiments of the cooling device, the third heat-conducting element has a conical inner region for thermal coupling to the second heat-conducting element. In particular, in an embodiment of the second heat-conducting element with a conical outer region, the third heat-conducting element thus enables a good mechanical or thermal coupling between the second heat-conducting element and the third heat-conducting element. In this case, the third heat-conducting element has, as it were, a negative shape of the conical outer region of the second heat-conducting element. However, it is possible to use the third heat conducting element with other configurations of the second heat conducting element. Furthermore, the third heat-conducting element has an outer area as a thermal radiating surface. In one implementation of the cooling device with an additional heat sink, the outer region of the third heat conducting element can be thermally coupled to a corresponding surface of the heat sink.

Der Außenbereich des dritten Wärmeleitelements kann derart ausgestaltet sein, dass eine Wärmeübertragungsfläche zum Kühlkörper hin größer ist als eine Wärmeübertragungsfläche, die durch den konusförmigen Innenbereich des dritten Wärmeleitelements geschaffen ist. Eine derartige Ausgestaltung des dritten Wärmeleitelements ermöglicht eine vorteilhafte Vergrößerung von Wärmeübertragungsflächen hin zu einer thermischen äußeren Abstrahlfläche (zum Beispiel eines Kühlkörpers), wie oben erläutert.The outer region of the third heat-conducting element may be designed such that a heat-transfer surface toward the heat sink is larger than a heat-transfer surface created by the conical inner region of the third heat-conducting element. Such a configuration of the third heat-conducting element allows an advantageous enlargement of heat transfer surfaces toward a thermal outer radiating surface (for example of a heat sink), as explained above.

In diversen Ausgestaltungen der Kühlvorrichtung weist diese ferner ein erstes Wärmeverteilerelement auf, das thermisch mit dem dritten Wärmeleitelement und mit dem Kühlkörper gekoppelt ist und dem dritten Wärmeleitelement und dem Kühlkörper zwischengelagert ist. Ferner weist die Kühlvorrichtung in diesen Ausgestaltungen ein oder mehrere weitere Wärmeverteilerelemente auf, die an unterschiedlichen Positionen am Kühlkörper festgelegt und mit diesem thermisch gekoppelt sind, sowie ein oder mehrere Wärmeleitrohre, die das erste Wärmeverteilerelement und die weiteren Wärmeverteilerelemente thermisch koppeln, so dass eine von der wärmeerzeugenden Komponente erzeugte thermische Energie vermittels des ersten und der weiteren Wärmeverteilerelemente entlang des Kühlkörpers verteilt abgeführt werden kann.In various embodiments of the cooling device, this further comprises a first heat spreader element, which is thermally coupled to the third heat-conducting element and to the heat sink and is interposed in the third heat-conducting element and the heat sink. Furthermore, in these embodiments, the cooling device has one or more further heat distribution elements, which are fixed at different positions on the heat sink and thermally coupled thereto, and one or more heat pipes, which thermally couple the first heat spreader element and the other heat spreader elements, so that one of the heat-generating component generated thermal energy can be dissipated distributed by means of the first and the other heat distribution elements along the heat sink.

Durch eine derartige Konstruktion von Wärmeverteilerelementen, die über Wärmeleitrohre verbunden und am Kühlkörper angeordnet sind, wird eine über den gesamten Kühlkörper verteilte Wärmeabfuhr wirksam ermöglicht. Dies unterstützt eine Wärmeabfuhr durch den sonstigen, hier erläuterten, konstruktiven Aufbau der Kühlvorrichtung. Ferner hat eine derartige Konstruktion den Vorteil, dass die Bildung von sogenannten Hotspots im Außenbereich des Kühlkörpers beziehungsweise eines entsprechenden Computersystems aufgrund einer Wärmeverteilung entlang des Kühlkörpers vermieden werden können.By such a construction of heat spreader elements, which are connected via heat pipes and arranged on the heat sink, a distributed over the entire heat sink heat dissipation is effectively enabled. This supports a heat dissipation through the other, explained here, structural design of the cooling device. Furthermore, such a construction has the advantage that the formation of so-called hotspots in the outer region of the heat sink or a corresponding computer system due to heat distribution along the heat sink can be avoided.

Die obige Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt durch ein Computersystem mit einer oben erläuterten Kühlvorrichtung und einer wärmeerzeugenden Komponente gelöst, wobei das erste Wärmeleitelement der Kühlvorrichtung thermisch mit der wärmeerzeugenden Komponente gekoppelt ist. Die wärmeerzeugende Komponente kann beispielsweise ein Prozessor des Computersystems sein. Das Computersystem kann beispielsweise ein Industrie-PC sein. Letzterer kann beispielsweise als Überwachung und Steuerung einer Industrieanlage, wie zum Beispiel einer Windkraftanlage, eingesetzt werden. Das Computersystem kann über die Kühlvorrichtung der oben erläuterten Art wirksam passiv gekühlt werden.The above object is achieved according to a further aspect by a computer system having a cooling device and a heat-generating component explained above, wherein the first heat-conducting element of the cooling device is thermally coupled to the heat-generating component. The heat generating component may be, for example, a processor of the computer system. The computer system may be, for example, an industrial PC. The latter can be used for example as monitoring and control of an industrial plant, such as a wind turbine. The computer system can be effectively passively cooled by the cooling device of the type discussed above.

Weitere vorteilhafte Aspekte und Implementierungen sind in den sonstigen Unteransprüchen offenbart. Further advantageous aspects and implementations are disclosed in the other subclaims.

Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme mehrerer Zeichnungen nachfolgend näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to several embodiments with the aid of several drawings.

Es zeigen:

  • 1 eine Explosionsdarstellung von Komponenten verschiedener Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
  • 2 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
  • 3 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
  • 4 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform von Wärmeverteilerelementen der Kühlvorrichtung gemäß 3,
  • 5 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß 4 an einem Kühlkörper der Kühlvorrichtung gemäß 3,
  • 6 eine Explosionsdarstellung der Ausführungsform der Kühlvorrichtung gemäß 2,
  • 7 eine Explosionsdarstellung der Ausführungsform der Kühlvorrichtung gemäß 3,
  • 8 eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform der Kühlvorrichtung gemäß 2 und
  • 9 eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform der Kühlvorrichtung gemäß 3.
Show it:
  • 1 an exploded view of components of various embodiments of a cooling device according to the invention,
  • 2 a sectional view of a first embodiment of the cooling device according to the invention,
  • 3 a sectional view of a second embodiment of the cooling device according to the invention,
  • 4 a perspective view of an embodiment of heat spreader elements of the cooling device according to 3 .
  • 5 a plan view of an embodiment of an arrangement according to 4 on a heat sink of the cooling device according to 3 .
  • 6 an exploded view of the embodiment of the cooling device according to 2 .
  • 7 an exploded view of the embodiment of the cooling device according to 3 .
  • 8th a perspective view of the embodiment of the cooling device according to 2 and
  • 9 a perspective view of the embodiment of the cooling device according to 3 ,

1 zeigt eine Explosionsdarstellung von Komponenten zweier Ausführungsformen einer Kühlvorrichtung KV, wie sie nachfolgend näher erläutert wird. Die Kühlvorrichtung KV umfasst ein erstes Wärmeleitelement 1, ein zweites Wärmeleitelement 2 und in einer ersten Ausführungsform ein drittes Wärmeleitelement 3a und in einer zweiten, alternativen Ausführungsform ein drittes Wärmeleitelement 3b. Die Ausführungsform zum dritten Wärmeleitelement 3a wird in 2 näher erläutert. Die Ausführungsform zum dritten Wärmeleitelement 3b wird in 3 näher erläutert. Die Wärmeleitelemente 1, 2 und 3a bzw. 3b können zum Beispiel aus Aluminium mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gefertigt sein. 1 shows an exploded view of components of two embodiments of a cooling device KV , as explained in more detail below. The cooling device KV comprises a first heat conducting element 1 , a second heat conducting element 2 and in a first embodiment, a third heat conducting element 3a and in a second alternative embodiment, a third heat conducting element 3b , The embodiment of the third heat conducting element 3a is in 2 explained in more detail. The embodiment of the third heat conducting element 3b is in 3 explained in more detail. The heat-conducting elements 1 . 2 and 3a or. 3b For example, they may be made of aluminum with a high thermal conductivity.

Die Kühlvorrichtung KV gemäß den Ausführungsformen in 1 weist zudem eine wärmeerzeugende Komponente 4, beispielsweise einen Prozessor eines Computersystems, auf. Die wärmeerzeugende Komponente 4 ist auf einem Systemboard 11 montiert. Das erste Wärmeleitelement 1 ist in einem Träger 5 aufgenommen und wird vermittels des Trägers 5, genauer über Befestigungsschrauben 6 am Träger 5, auf dem Systemboard 11 festgelegt, wobei die Befestigungsschrauben 6 in entsprechende Bohrungen 12 auf dem Systemboard 1 verschraubt werden. Auf diese Weise wird das erste Wärmeleitelement 1 in Kontakt zur wärmeerzeugenden Komponente 4 gebracht, wobei aufgrund der Verschraubung des Trägers 5 am Systemboard 11 eine Kontaktkraft zwischen dem ersten Wärmeleitelement 1 und der wärmeerzeugenden Komponente 4 hergestellt wird. Für eine ausreichende thermische Kopplung zwischen dem ersten Wärmeleitelement 1 und der wärmeerzeugenden Komponente 4 kann zwischen diesen beiden Elementen beispielsweise eine Wärmeleitpaste oder ein ähnliches Füllmaterial eingesetzt werden. Dieses ist jedoch optional und nicht zwingend erforderlich.The cooling device KV according to the embodiments in 1 also has a heat-generating component 4 , For example, a processor of a computer system on. The heat-generating component 4 is on a system board 11 assembled. The first heat-conducting element 1 is in a carrier 5 recorded and is by means of the carrier 5 , more precisely about mounting screws 6 on the carrier 5 , on the system board 11 set, with the fastening screws 6 in corresponding holes 12 on the system board 1 be screwed. In this way, the first heat-conducting element 1 in contact with the heat-generating component 4 brought, due to the screwing of the carrier 5 on the system board 11 a contact force between the first heat conducting element 1 and the heat generating component 4 will be produced. For a sufficient thermal coupling between the first heat conducting element 1 and the heat generating component 4 can be used between these two elements, for example, a thermal paste or a similar filler. This is optional and not mandatory.

Das erste Wärmeleitelement 1 weist einen zylinderförmigen Mantelabschnitt auf, der nach oben aus dem Träger 5 hervorsteht zum thermischen Koppeln mit einem entsprechend geformten Innenbereich des zweiten Wärmeleitelements 2. Das zweite Wärmeleitelement 2 weist einen konusförmigen Außenbereich auf, wobei an einem oberen ringförmigen Bereich 22 mehrere flexible Segmente 23 angeordnet sind, die den konusförmigen Außenbereich bilden. Die Segmente 23 sind am oberen ringförmigen Bereich 22 fest gehaltert und im unteren Bereich des zweiten Wärmeleitelements 2 derart flexibel, dass sie radial nach innen bewegbar sind. Eine derartige Funktion wird später näher erläutert.The first heat-conducting element 1 has a cylindrical shell portion which upwardly out of the carrier 5 protrudes for thermal coupling with a correspondingly shaped inner region of the second heat-conducting element 2 , The second heat-conducting element 2 has a cone-shaped outer region, wherein at an upper annular region 22 several flexible segments 23 are arranged, which form the cone-shaped outer area. The segments 23 are at the upper annular area 22 firmly held and in the lower part of the second heat conducting element 2 so flexible that they are movable radially inward. Such a function will be explained later.

Die dritten Wärmeleitelemente 3a und 3b gemäß den in 1 dargestellten alternativen Ausführungsformen sind jeweils zwei im Wesentlichen rechteckige beziehungsweise quaderförmige Elemente, die jeweils einen passend zum konusförmigen Außenbereich des zweiten Wärmeleitelements 3 gestalteten Innenbereich (einen konusförmigen Innenbereich) aufweisen. Die Oberseite der beiden dritten Wärmeleitelemente 3a und 3b bildet eine thermische Abstrahlfläche, zum Beispiel hin zu einem Kühlkörper der Kühlvorrichtung KV (in 1 nicht dargestellt).The third heat-conducting elements 3a and 3b according to the in 1 illustrated alternative embodiments are each two substantially rectangular or cuboidal elements, each one suitable for the conical outer region of the second heat conducting element 3 designed interior area (a cone-shaped interior). The top of the two third Wärmeleitelemente 3a and 3b forms a thermal radiating surface, for example towards a heat sink of the cooling device KV (in 1 not shown).

Ferner weist die Kühlvorrichtung KV gemäß 1 eine Fixiervorrichtung auf, die eine Schraube 7, eine Gegenmutter 8, eine Verdrehsicherung 9 sowie diverse Beilagscheiben 10a, 10b und 10c aufweist. Die Schraube 7 kann beispielsweise von einer Außenseite eines Kühlkörpers (in 1 nicht dargestellt) in eine Bohrung 28 des entsprechenden dritten Wärmeleitelements 3a beziehungsweise 3b eintauchen, wobei die Verdrehsicherung 9 in der Bohrung 28 oder alternativ in einem anderen kraftkoppelnden Element der Kühlvorrichtung KV aufgenommen beziehungsweise gehalten wird. Die Schraube 7 wird in die Gegenmutter 8 eingeschraubt, die von Seiten des zweiten Wärmeleitelements 2 durch dessen Bohrung 29 hindurchtaucht. Die Beilagscheibe 10a dient zur Führung und sicheren Halterung der Schraube 7 am Schraubenkopf. Die Beilagscheiben 10b und 10c wirken mit einem Profil der Gegenmutter 8 zusammen und arretieren eine Verschraubung der Schraube 7 an der Gegenmutter 8 in einer vorbestimmten fixierten Position. Ferner wirkt die Gegenmutter 8 in einem oberen Bereich mit der entsprechend geformten Verdrehsicherung 9 derart zusammen, dass die Gegenmutter 8 verdrehsicher gegenüber der Schraube 7 gehalten wird, so dass die Schraube 7 in die Gegenmutter 8 eingeschraubt werden kann.Furthermore, the cooling device KV according to 1 a fixing device, which is a screw 7 , a mother-in-law 8th , a rotation lock 9 as well as various washers 10a . 10b and 10c having. The screw 7 For example, from an outside of a heat sink (in 1 not shown) in a bore 28 the corresponding third heat conducting element 3a respectively 3b immerse, with the anti-rotation 9 in the hole 28 or alternatively in another force-coupling element of the cooling device KV recorded or held. The screw 7 gets into the locknut 8th screwed in from the side of the second heat conducting element 2 through the hole 29 through submerged. The washer 10a serves to Guide and secure mounting of the screw 7 at the screw head. The washers 10b and 10c act with a profile of the locknut 8th together and lock a screw connection of the screw 7 at the nut 8th in a predetermined fixed position. Furthermore, the lock nut acts 8th in an upper area with the correspondingly shaped anti-twist device 9 so together, that the locknut 8th against rotation of the screw 7 is held, leaving the screw 7 in the locknut 8th can be screwed.

Durch Fixieren des zweiten Wärmeleitelements 2 gegenüber dem dritten Wärmeleitelement 3a beziehungsweise 3b vermittels einem Verschrauben durch die Schraube 7 wird das zweite Wärmeleitelement 2, genauer gesagt der konusförmige Außenbereich des zweiten Wärmeleitelements 2 in einen entsprechend geformten Innenbereich des jeweiligen dritten Wärmeleitelements 3a beziehungsweise 3b eingeschoben beziehungsweise eingedrängt bis es in einer bestimmten Endposition fest mit einer Innenwand des dritten Wärmeleitelements 3a beziehungsweise 3b verbunden ist.By fixing the second heat-conducting element 2 opposite the third heat conducting element 3a respectively 3b by means of a screw through the screw 7 becomes the second heat conducting element 2 More precisely, the cone-shaped outer region of the second heat-conducting element 2 in a correspondingly shaped inner region of the respective third heat-conducting element 3a respectively 3b pushed or pushed until it is firmly in an end position with an inner wall of the third heat conducting element 3a respectively 3b connected is.

Ferner ist das zweite Wärmeleitelement 2 mit dessen Innenseite variabel am ersten Wärmeleitelement 2, genauer gesagt an dessen zylinderförmigem Mantelabschnitt (siehe obige Erläuterungen), positionierbar. Das bedeutet, dass das zweite Wärmeleitelement 2 in einer Höhenrichtung Z entlang des zylinderförmigen Mantelabschnitts des ersten Wärmleitelements 1 gleiten kann und bei festgelegter Schraube 7 in der Endposition bezüglich des dritten Wärmeleitelements 3a beziehungsweise 3b auch in einer fixierten Position gegenüber dem ersten Wärmeleitelement 1, das heißt an einer in Z-Richtung fixierten Position am zylinderförmigen Mantelabschnitt des ersten Wärmeleitelements 1 gehalten werden kann. Durch Verschrauben des zweiten Wärmeleitelements 2 am dritten Wärmeleitelement 3a beziehungsweise 3b vermittels der Schraube 7 und Drängen des zweiten Wärmeleitelements 2 in die Endposition gegenüber dem dritten Wärmeleitelement 3a beziehungsweise 3b werden die flexiblen Segmente 23 des zweiten Wärmeleitelements 2 radial nach innen gedrängt und legen somit das zweite Wärmeleitelement 2 klammerförmig entlang des Umfangs des zylinderförmigen Mantelabschnitts des ersten Wärmeleitelements 1 an diesem fest. Auf diese Weise wird in einem fixierten Zustand des zweiten Wärmeleitelements 2 am dritten Wärmeleitelement 3a beziehungsweise 3b eine Kontaktkraft zwischen dem zweiten Wärmeleitelement 2 und dem dritten Wärmeleitelement 3a beziehungsweise 3b in der Höhenrichtung Z erzeugt. Dies erlaubt einen wirkungsvollen thermischen Kontakt zur thermischen Kopplung zwischen dem zweiten Wärmeleitelement 2 und dem dritten Wärmeleitelement 3a beziehungsweise 3b. Ferner wird vermittels des zweiten Wärmeleitelements 2 diese Kontaktkraft zwischen dem zweiten Wärmeleitelement 2 und dem dritten Wärmeleitelement 3a beziehungsweise 3b aufgrund der klammerförmigen Festlegung des zweiten Wärmeleitelements 2 über die flexiblen Segmente 23 am ersten Wärmeleitelement 1 in eine Kontaktkraft zwischen dem zweiten Wärmeleitelement und dem ersten Wärmeleitelement 1 in einer zur Höhenrichtung Z im Wesentlichen senkrechten Richtung (Vektorkombination aus den Richtungen X und Y) gewandelt. Das bedeutet, dass das zweite Wärmeleitelement 2 in der fixierten Position im Wesentlichen frei von einer Kontaktkraft in der Höhenrichtung Z am ersten Wärmeleitelement 1 fixiert und gehalten ist. Im Wesentlichen frei von einer Kontaktkraft in der Höhenrichtung Z bedeutet in diesem Fall, dass kein signifikanter Kraftanteil einer Kontaktkraft zwischen dem zweiten Wärmeleitelement 2 und dem ersten Wärmeleitelement 1 in der Höhenrichtung Z anliegt. Auf diese Weise entkoppelt das zweite Wärmeleitelement 2 in Z-Richtung wirkende Kontaktkräfte zwischen dem zweiten Wärmeleitelement 2 und dem dritten Wärmeleitelement 3a beziehungsweise 3b von in Z-Richtung wirkenden Kontaktkräften zwischen dem ersten Wärmeleitelement 1 und der Wärmeerzeugenden Komponente 4 (aufgrund einer Verschraubung des Trägers 5 am Systemboard 11). Somit ermöglicht die Kühlvorrichtung KV eine wirksame thermische Kopplung von der wärmeerzeugenden Komponente 4 über die Wärmeleitelemente 1, 2 und 3 hin zu einer äußeren Abstrahlfläche, wobei die einzelnen Kontaktflächen zwischen den beteiligten Komponenten und Elementen über wirksame Kontaktkräfte verbunden sind. Die Kühlvorrichtung KV hat den Vorteil, dass aufgrund einer Umwandlung beziehungsweise Umlenkung von Kontaktkräften zwischen dem zweiten Wärmeleitelement 2 und dem dritten Wärmeleitelement 3a beziehungsweise 3b in Z-Richtung in Kontaktkräfte zwischen dem zweiten Wärmeleitelement 2 und dem ersten Wärmeleitelement 1 in einer oder mehreren zur Z-Richtung im Wesentlichen senkrechten Richtungen keine oder nur unwesentliche Kräfte in Z-Richtung auf die wärmeerzeugende Komponente 4 beziehungsweise das Systemboard 11 ausgeübt werden. Somit wird die wärmeerzeugende Komponente 4 beziehungsweise das Systemboard 11 mechanisch entlastet und dennoch eine zufriedenstellende thermische Kopplung sichergestellt.Furthermore, the second heat-conducting element 2 with its inside variable at the first heat conducting element 2 , More specifically, on the cylindrical shell portion (see above), positionable. This means that the second heat conducting element 2 in a height direction Z along the cylindrical shell portion of the first heat conducting element 1 can slide and with a specified screw 7 in the end position with respect to the third heat conducting element 3a respectively 3b also in a fixed position relative to the first heat-conducting element 1 that is, in a Z-direction fixed position on the cylindrical shell portion of the first heat conducting element 1 can be held. By screwing the second heat conducting element 2 on the third heat conducting element 3a respectively 3b by means of the screw 7 and urging the second heat conducting element 2 in the end position relative to the third heat conducting element 3a respectively 3b become the flexible segments 23 the second heat conducting element 2 pushed radially inward and thus lay the second heat conducting element 2 clamped along the circumference of the cylindrical shell portion of the first heat conducting element 1 stuck to this. In this way, in a fixed state of the second heat-conducting element 2 on the third heat conducting element 3a respectively 3b a contact force between the second heat conducting element 2 and the third heat conducting element 3a respectively 3b in the height direction Z generated. This allows effective thermal contact for thermal coupling between the second heat conducting element 2 and the third heat conducting element 3a respectively 3b , Furthermore, by means of the second heat-conducting element 2 this contact force between the second heat conducting element 2 and the third heat conducting element 3a respectively 3b due to the clamp-shaped fixing of the second heat-conducting element 2 over the flexible segments 23 on the first heat-conducting element 1 in a contact force between the second heat conducting element and the first heat conducting element 1 in one to the height direction Z essentially vertical direction (vector combination from the directions X and Y ). This means that the second heat conducting element 2 in the fixed position substantially free of a contact force in the height direction Z on the first heat-conducting element 1 is fixed and held. Essentially free of a contact force in the height direction Z means in this case that no significant force component of a contact force between the second heat conducting element 2 and the first heat conducting element 1 in the height direction Z is applied. In this way, the second heat-conducting element decouples 2 acting in the Z direction contact forces between the second heat conducting element 2 and the third heat conducting element 3a respectively 3b of acting in the Z direction contact forces between the first heat conducting element 1 and the heat-generating component 4 (due to a screwing of the carrier 5 on the system board 11 ). Thus, the cooling device allows KV an effective thermal coupling of the heat-generating component 4 over the heat-conducting elements 1 . 2 and 3 towards an outer radiating surface, wherein the individual contact surfaces between the components and elements involved are connected via effective contact forces. The cooling device KV has the advantage that due to a conversion or deflection of contact forces between the second heat conducting element 2 and the third heat conducting element 3a respectively 3b in the Z direction in contact forces between the second heat conducting element 2 and the first heat conducting element 1 In one or more directions substantially perpendicular to the Z-direction, no or only insignificant forces in the Z-direction on the heat-generating component 4 or the system board 11 be exercised. Thus, the heat-generating component becomes 4 or the system board 11 mechanically relieved and yet ensures a satisfactory thermal coupling.

Zudem ermöglicht die Kühlvorrichtung KV einen Toleranzausgleich in Z-Richtung vermittels eines Zusammenspiels zwischen dem zweiten Wärmeleitelement 2 und dem ersten Wärmeleitelement 1, wobei das zweite Wärmeleitelement 2 variabel am ersten Wärmeleitelement 1 positionierbar ist, so dass Toleranzen der Vorrichtung, die zum Beispiel bauteilbedingt sein können, ausgeglichen werden können. Toleranzen in der X-Y-Ebene können dadurch ausgeglichen werden, dass die entsprechenden Bohrungen 28 und 29 an den Wärmeleitelementen 2 beziehungsweise 3a und 3b mit einem entsprechenden Spiel ausgeführt sind, so dass die Schraube 7 in den Bohrungen 28 beziehungsweise 29 mit Spiel lagerbar ist.In addition, the cooling device allows KV a tolerance compensation in the Z direction by means of an interaction between the second heat conducting element 2 and the first heat conducting element 1 , wherein the second heat conducting element 2 variable at the first heat conducting element 1 can be positioned so that tolerances of the device, which may be due to the component, can be compensated. Tolerances in the X - Y Level can be compensated by making the appropriate holes 28 and 29 on the heat-conducting elements 2 respectively 3a and 3b are executed with a corresponding game, leaving the screw 7 in the holes 28 respectively 29 is storable with game.

2 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Kühlvorrichtung KV gemäß 12 im montierten Zustand. In der Ausführungsform gemäß 2 kommt das dritte Wärmeleitelement 3a gemäß 1 zum Einsatz. Zusätzlich zur Konfiguration gemäß 1 ist in der Ausführungsform gemäß 2 ein Kühlkörper 13 eingerichtet, der mit dem dritten Wärmeleitelement 3a thermisch gekoppelt ist. Der Kühlkörper 13 kann z.B. ein Profil aus Aluminium sein, welches vermittels eines Aluminium-Extrusionsverfahrens hergestellt wurde. Ferner ist die Schraube 7 (siehe Erläuterungen zu 1) in eine entsprechende Bohrung am Kühlkörper 13 eingeführt zur Montage der Wärmeleitelemente 1, 2 und 3a, wie zu 1 erläutert worden ist. 2 shows a sectional view of an embodiment of the cooling device KV according to 12 in the assembled state. In the embodiment according to 2 comes the third heat conducting element 3a according to 1 for use. In addition to the configuration according to 1 is in the embodiment according to 2 a heat sink 13 set up with the third heat conducting element 3a thermally coupled. The heat sink 13 For example, may be a profile made of aluminum, which was produced by means of an aluminum extrusion process. Further, the screw 7 (see notes to 1 ) in a corresponding hole on the heat sink 13 introduced for mounting the heat conducting elements 1 . 2 and 3a , how to 1 has been explained.

2 verdeutlicht nochmals das Zusammenspiel der Wärmeleitelemente 1, 2 und 3a. Das erste Wärmeleitelement 1 ist mit dessen Basisabschnitt 14, genauer mit einer Grundfläche am Basisabschnitt 14 mit der wärmeerzeugenden Komponente 4 (in 2 nicht dargestellt) thermisch gekoppelt. Der obere zylinderförmige Mantelabschnitt 15 des ersten Wärmeleitelements 1 ist in Kontakt mit einem entsprechenden zylinderförmigen Innenbereich 16 des zweiten Wärmeleitelements 2, so dass das zweite Wärmeleitelement 2 passgenau am ersten Wärmeleitelement 1 anliegt. Toleranzen der Kühlvorrichtung KV in Z-Richtung werden dadurch ausgeglichen, dass das zweite Wärmeleitelement 2 variabel bezüglich des ersten Wärmeleitelements 1 in Z-Richtung verschiebbar ist, wobei durch Fixieren vermittels der Schraube 7 das zweite Wärmeleitelement 2 in einer vorgegebenen Position am ersten Wärmeleitelement 1 festgelegt wird. Dies geschieht, wie zu 1 oben bereits erläutert worden ist, dadurch, dass bei Verschrauben vermittels der Schraube 7 das zweite Wärmeleitelement 2 mit dessen konusförmigem Außenbereich 17 in einen konusförmigen Innenbereich 18 des dritten Wärmeleitelements 3a eingedrängt wird und derart radial nach Innen gedrängt wird, dass das zweite Wärmeleitelement 2 radial am ersten Wärmeleitelement 1 festklemmt. In der in 2 dargestellten fixierten Position ist somit sowohl eine Kontaktkraft zwischen dem ersten Wärmeleitelement 1 und dem Systemboard 11 in Z-Richtung als auch eine Kontaktkraft zwischen dem zweite Wärmeleitelement und dem dritten Wärmeleitelement 3a in Z-Richtung erzeugt. Allerdings liegt zwischen dem ersten Wärmeleitelement 1 und dem zweiten Wärmeleitelement 2 lediglich eine Kontaktkraft in einer Richtung senkrecht zur Z-Richtung (das heißt in radialer Richtung bezüglich des ersten beziehungsweise zweiten Wärmeleitelements 1 und 2) vor. 2 illustrates again the interaction of the heat-conducting elements 1 . 2 and 3a , The first heat-conducting element 1 is with its base section 14 , more precisely with a base at the base section 14 with the heat-generating component 4 (in 2 not shown) thermally coupled. The upper cylindrical shell section 15 of the first heat-conducting element 1 is in contact with a corresponding cylindrical interior 16 the second heat conducting element 2 , so that the second heat-conducting element 2 exact fit on the first heat-conducting element 1 is applied. Tolerances of the cooling device KV in Z Direction are compensated by the second heat conducting element 2 variable with respect to the first heat conducting element 1 is displaceable in the Z direction, wherein by fixing by means of the screw 7 the second heat conducting element 2 in a predetermined position on the first heat conducting element 1 is determined. This happens, how to 1 has already been explained above, in that when screwing by means of the screw 7 the second heat conducting element 2 with its cone-shaped outdoor area 17 in a cone-shaped interior 18 of the third heat conducting element 3a is pressed and is urged radially inward, that the second heat conducting element 2 radially on the first heat conducting element 1 clamps. In the in 2 shown fixed position is thus both a contact force between the first heat conducting element 1 and the system board 11 in the Z direction as well as a contact force between the second heat conducting element and the third heat conducting element 3a generated in the Z direction. However, lies between the first heat conducting element 1 and the second heat conducting element 2 only a contact force in a direction perpendicular to Z Direction (that is, in the radial direction with respect to the first and second Wärmeleitelements 1 and 2 ) in front.

Somit kann eine ausreichende thermische Kopplung zwischen den beteiligten Komponenten und Elementen erreicht werden, ohne eine gesamte Kontaktkraft zwischen dem Systemboard 11 und dem Lüfter 13 in Z-Richtung aufbauen zu müssen, die das Systemboard 11 mechanisch belastet. Eine derartige Kontaktkraft ist bei der Kühlvorrichtung KV gemäß 2 nicht notwendig, weil ein ausreichender thermischer Kontakt zwischen dem ersten Wärmeleitelement 1 und dem zweiten Wärmeleitelement 2 in einer Richtung senkrecht zur Z-Richtung erzielt wird.Thus, sufficient thermal coupling between the involved components and elements can be achieved without a total contact force between the system board 11 and the fan 13 in Z Direction that the system board needs to build 11 mechanically loaded. Such a contact force is in the cooling device KV according to 2 not necessary, because sufficient thermal contact between the first heat conducting element 1 and the second heat conducting element 2 is achieved in a direction perpendicular to the Z-direction.

Die montierte Kühlvorrichtung gemäß 2 macht ferner einen weiteren Vorteil deutlich. In der Kühlvorrichtung KV werden Wärmeübertragungsflächen zwischen den beteiligten Komponenten von der wärmeerzeugenden Komponente auf dem Systemboard 11 hin zum Kühlkörper 13 quasi kontinuierlich vergrößert. Das bedeutet, dass eine Wärmeübertragungsfläche an den jeweiligen Schnittstellen der beteiligten Komponenten und Elemente in Richtung vom Systemboard 11 hin zum Kühlkörper 13 vergrößert wird. Beispielsweise beträgt die Wärmeübertragungsfläche der wärmeerzeugenden Komponente (in 2 nicht dargestellt) auf dem Systemboard 11 841 mm2, während die Grundfläche des Basisabschnitts 14 des ersten Wärmeleitelements 1, die mit der wärmeerzeugenden Komponente thermisch gekoppelt ist, eine Fläche von 1225 mm2 beträgt. Dagegen beträgt die Wärmeübertragungsfläche des zylinderförmigen Mantelabschnitts 15 des ersten Wärmeleitelements 1, das heißt die Kontaktfläche zwischen dem ersten Wärmeleitelement 1 und dem zweiten Wärmeleitelement 2 1418 mm2 je nach Überdeckungshöhe zwischen dem ersten Wärmeleitelement 1 und dem zweiten Wärmeleitelement 2 aufgrund eines Toleranzausgleiches in Z-Richtung. Eine Wärmeübertragungsfläche am konusförmigen Außenbereich 17 des zweiten Wärmeleitelements 2, das heißt eine Kontaktfläche zwischen dem konusförmigen Außenbereich 17 des zweiten Wärmeleitelements 2 und dem konusförmigen Innenbereich 18 des dritten Wärmeleitelements 3a, beträgt beispielsweise 2055 mm2. Der Außenbereich 24 des dritten Wärmeleitelements 3a zum Abstrahlen der thermischen Energie beträgt schließlich zum Beispiel eine Fläche von 3475 mm2. Auf diese Weise wird eine Wärmeübertragungsfläche von 841 mm2 der wärmeerzeugenden Komponente auf dem Systemboard 11 kontinuierlich auf eine Wärmeübertragungsfläche von 3475 mm2 am Außenbereich 24 des dritten Wärmeleitelements 3a vergrößert. Eine kontinuierliche Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche von der wärmeerzeugenden Komponente auf dem Systemboard 11 hin zum Kühlkörper 13 der Kühlvorrichtung KV gemäß 2 hat allgemein den Vorteil, dass die zu transportierende Wärmemenge effektiv abgeführt werden kann, weil keinerlei „Einschnürung“ oder „Bottleneck“ in einer thermischen Kopplung der Kühlvorrichtung KV zwischen dem Systemboard 11 und dem Kühlkörper 13 vorliegt. Auch ein gleichbleibender Querschnitt wird verhindert. Auf diese Weise kann die thermische Energie der wärmeerzeugenden Komponente auf dem Systemboard 11 vermittels der Kühlvorrichtung KV wirksam über den Kühlkörper 13 nach außen hin abgeführt werden.The mounted cooling device according to 2 further illustrates another advantage. In the cooler KV become heat transfer surfaces between the involved components of the heat generating component on the system board 11 towards the heat sink 13 quasi continuously increased. This means that a heat transfer surface at the respective interfaces of the components involved and elements in the direction of the system board 11 towards the heat sink 13 is enlarged. For example, the heat transfer area of the heat generating component (in 2 not shown) on the system board 11 841 mm 2 , while the base area of the base section 14 of the first heat-conducting element 1 that is thermally coupled to the heat-generating component, an area of 1225 mm 2 . In contrast, the heat transfer surface of the cylindrical shell portion 15 of the first heat-conducting element 1 that is the contact surface between the first heat conducting element 1 and the second heat conducting element 2 1418 mm 2, depending on the cover height between the first heat-conducting element 1 and the second heat conducting element 2 due to a tolerance compensation in Z -Direction. A heat transfer surface on the cone-shaped outer area 17 the second heat conducting element 2 that is, a contact surface between the cone-shaped outer area 17 the second heat conducting element 2 and the cone-shaped interior 18 of the third heat conducting element 3a , for example, is 2055 mm 2 . The outdoor area 24 of the third heat conducting element 3a for radiating the thermal energy is finally, for example, an area of 3475 mm 2 . In this way, a heat transfer area of 841 mm 2 of the heat generating component on the system board 11 continuously on a heat transfer surface of 3475 mm 2 at the outdoor area 24 of the third heat conducting element 3a increased. Continuously increasing the heat transfer area of the heat generating component on the system board 11 towards the heat sink 13 the cooling device KV according to 2 has the general advantage that the amount of heat to be transported can be dissipated effectively, because no "constriction" or "bottleneck" in a thermal coupling of the cooling device KV between the system board 11 and the heat sink 13 is present. Even a constant cross section is prevented. In this way, the thermal energy of the heat generating component on the system board 11 by means of the cooling device KV effective over the heat sink 13 be discharged to the outside.

3 zeigt eine Schnittansicht der Kühlvorrichtung KV gemäß 1, wobei in diesem Ausführungsbeispiel als drittes Wärmeleitelement das Element 3b gemäß 1 zum Einsatz kommt. Das Zusammenspiel der Wärmeleitelemente 1, 2 und 3b entspricht in der Ausführungsform gemäß 3 im Wesentlichen der Funktionalität gemäß 2, so dass an dieser Stelle darauf verwiesen wird. Das Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung KV gemäß 3 weist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung KV gemäß 2 zusätzlich ein erstes Wärmeverteilerelement 19 auf, das thermisch mit dem dritten Wärmeleitelement 3b und mit dem Kühlkörper 13 gekoppelt ist und dem dritten Wärmeleitelement 3b und dem Kühlkörper 13 zwischengelagert ist. das erste Wärmeverteilerelement 19 ist über diverse Wärmeleitrohre 21, 21a, 21b thermisch mit weiteren Wärmeverteilerelementen 20a und 20b gekoppelt, die an Außenwänden des Kühlkörpers 13 seitlich angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine von der wärmeerzeugenden Komponente auf dem Systemboard 11 erzeugte thermische Energie vermittels des ersten und der weiteren Wärmeverteilerelemente 19, 20a und 20b entlang des Kühlkörpers 13 verteilt abgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass einzelne Hotspots am Kühlkörper 13, insbesondere im Bereich des dritten Wärmeleitelements 3b vermieden werden. Die Kühlvorrichtung KV gemäß 3 kann auch noch weitere Wärmeverteilerelemente aufweisen, die jedoch aus Gründen einer Einfachheit in 3 nicht explizit dargestellt sind. 3 shows a sectional view of the cooling device KV according to 1 , In this embodiment, as the third heat-conducting element, the element 3b according to 1 is used. The interaction of the heat-conducting elements 1 . 2 and 3b corresponds in the embodiment according to 3 essentially according to the functionality 2 , so reference is made to this point. The embodiment of the cooling device KV according to 3 has, in contrast to the embodiment of the cooling device KV according to 2 in addition, a first heat spreader element 19 on, the thermally with the third heat conducting element 3b and with the heat sink 13 is coupled and the third heat conducting element 3b and the heat sink 13 is stored. the first heat spreader element 19 is over various heat pipes 21 . 21a . 21b thermally with other heat distribution elements 20a and 20b coupled to the outer walls of the heat sink 13 are arranged laterally. In this way, one of the heat generating component on the system board 11 generated thermal energy by means of the first and the further heat spreader elements 19 . 20a and 20b along the heat sink 13 be dissipated dissipated. This has the advantage of having individual hotspots on the heatsink 13 , in particular in the region of the third heat-conducting element 3b be avoided. The cooling device KV according to 3 may also have other heat spreader elements, but for the sake of simplicity in 3 are not explicitly shown.

4 zeigt eine Ausführungsform einer Anordnung von ersten und weiteren Wärmeverteilerelementen 19, 20a bis 20d, die thermisch über mehrere Wärmeleitrohre 21a bis 21d miteinander verbunden sind. Die Anordnung gemäß 4 kann beispielsweise in der Ausführungsform der Kühlvorrichtung KV gemäß 3 Anwendung finden. Das Wärmeverteilerelement 19 dient als Verbindungselement zwischen dem dritten Wärmeleitelement 3b (siehe 3) und dem Kühlkörper 13, insbesondere einer oberen Ausdehnungsfläche des Kühlkörpers 13. Über die Wärmeleitrohre 21a bis 21d zweigen die jeweiligen weiteren Wärmeverteilerelemente 20a bis 20d quasi als Satelliten vom Wärmeverteilerelement 19 ab und dienen einer Verteilung der thermischen Energie entlang des Kühlkörpers 13, insbesondere entlang der Ausdehnungsfläche des Kühlkörpers 13 (siehe 3). 4 shows an embodiment of an arrangement of first and further heat spreader elements 19 . 20a to 20d , which thermally over several heat pipes 21a to 21d connected to each other. The arrangement according to 4 For example, in the embodiment of the cooling device KV according to 3 Find application. The heat spreader element 19 serves as a connecting element between the third heat conducting element 3b (please refer 3 ) and the heat sink 13 , in particular an upper expansion surface of the heat sink 13 , About the heat pipes 21a to 21d branch the respective other heat spreader elements 20a to 20d almost as a satellite from the heat distribution element 19 and serve to distribute the thermal energy along the heat sink 13 , in particular along the expansion surface of the heat sink 13 (please refer 3 ).

5 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Kühlkörpers 13 mit einer montierten Anordnung gemäß 4. Gemäß 5 ist in einer Richtung in die Zeichenebene hinein zunächst das dritte Wärmeleitelement 3b angeordnet, wobei darunter (nicht explizit dargestellt) das Wärmeverteilerelement 19 (siehe 4) positioniert ist. Die einzelnen weiteren Wärmeverteilerelemente 20a bis 20d zweigen über entsprechende Wärmeleitrohre 21a bis 21d in entsprechende Regionen am Kühlkörper 13 ab. 5 shows a plan view of an embodiment of the heat sink 13 with a mounted arrangement according to 4 , According to 5 is in a direction in the plane in first the third heat conducting element 3b including (not explicitly shown) the heat spreader element 19 (please refer 4 ) is positioned. The individual further heat distribution elements 20a to 20d branches over corresponding heat pipes 21a to 21d in appropriate regions on the heat sink 13 from.

Die 6 und 7 zeigen jeweils nochmals Explosionsdarstellungen von Komponenten einer Kühlvorrichtung KV gemäß den Ausführungsbeispielen, wie sie in 2 beziehungsweise 3 dargestellt sind. Dabei korrespondiert 6 mit der Ausführungsform gemäß 2 und 7 mit der Ausführungsform gemäß 3. Die 6 und 7 zeigen nochmals den konstruktiven Aufbau der Wärmeleitelemente 1, 2 und 3a beziehungsweise 3b, wobei insbesondere in 6 bezüglich des Wärmeleitelements 1 der Basisabschnitt 14, der Richtung Systemboard 11 weist und der obere zylinderförmige Mantelabschnitt 15 veranschaulicht sind. Das konstruktive Zusammenspiel sämtlicher Komponenten und Elemente wurde bereits oben erläutert, worauf an dieser Stelle verwiesen wird. In 7 ist zusätzlich der konstruktive Aufbau der Wärmeverteilerelemente 19 und 20a bis 20d gemäß den Erläuterungen zu 4 und 5 veranschaulicht (wobei in 7 nur die Wärmeverteilerelemente 20a, 20b und 20d dargestellt sind). Die Wärmeverteilerelemente 20a, 20b und 20d können über passende Abdeckkappen 27a, 27b, 27d abgedeckt werden.The 6 and 7 each show again exploded views of components of a cooling device KV according to the embodiments as shown in 2 respectively 3 are shown. It corresponds 6 with the embodiment according to 2 and 7 with the embodiment according to 3 , The 6 and 7 again show the structural design of the heat-conducting elements 1 . 2 and 3a respectively 3b , in particular in 6 with respect to the heat conducting element 1 the base section 14 , the direction system board 11 points and the upper cylindrical shell portion 15 are illustrated. The constructive interaction of all components and elements has already been explained above, to which reference is made at this point. In 7 is additionally the structural design of the heat spreader elements 19 and 20a to 20d according to the explanatory notes to 4 and 5 illustrates (where in 7 only the heat spreader elements 20a . 20b and 20d are shown). The heat spreader elements 20a . 20b and 20d can have matching covers 27a . 27b . 27d be covered.

In den 6 und 7 sind zusätzlich zu den bereits erläuterten Komponenten eine Isolationsschicht 25 und ein Schirmungskörper 26 eingerichtet. Die Isolationsschicht 25 ist eine Wärmeisolationsschicht und kann optional vorgesehen sein. Die Isolationsschicht 25 ist an der Innenseite des Kühlkörpers 13 an einer oberen Ausdehnungsfläche angebracht. Die Isolationsschicht 25 ist beispielsweise eine Isolationsplatte oder -folie. Eine Aussparung in der Isolationsschicht 25 dient zum Hindurchführen und zum thermischen Kontakt des dritten Wärmeleitelements 3a beziehungsweise 3b am Kühlkörper 13. Die Isolationsschicht 25 verhindert, dass thermische Energie, die vom Kühlkörper 13 aufgenommen wurde, wieder zurück in das Innere in Richtung des Systemboards 11 strahlt. Der Schirmungskörper 26 ist ebenfalls in einem Inneren des Kühlkörpers 13 festgelegt und umgibt insbesondere die Wärmeleitelemente 1, 2 und 3a beziehungsweise 3b kanalartig derart, dass eine Abschirmung der von den Wärmeleitelementen 1, 2 und 3a beziehungsweise 3b aufgenommenen thermischen Energie erzielt wird. Der Schirmungskörper 26, der auch als Wärmekammer oder Wärmehaube bezeichnet werden kann, ist beispielsweise aus einem wärmeisolierenden Material hergestellt, etwa Kunststoff, was eine geringe thermische Konduktivität hat. Der Schirmungskörper 26 schirmt thermische Energie, wie Wärmestrahlung oder Infrarotstrahlung, die von der Kühlvorrichtung KV, insbesondere von den Wärmeleitelementen 1, 2 und 3a beziehungsweise 3b aufgenommen wurde, vor einem Zurückstrahlen in Richtung des Systemboards 11 ab. Dadurch wird beispielsweise eine Erwärmung des Systemboards 11 vermieden. Ferner trägt der Schirmungskörper 26 dazu bei, gegebenenfalls in Zusammenspiel mit der Isolationsschicht 25, dass eine Kondenswasserbildung im Innenbereich des Kühlkörpers 13, wie sie beispielsweise bei sehr niedrigen Temperaturen von unter -10 °C auftreten kann, reduziert oder vermieden wird.In the 6 and 7 In addition to the already described components are an insulation layer 25 and a shielding body 26 set up. The insulation layer 25 is a heat insulating layer and may optionally be provided. The insulation layer 25 is on the inside of the heat sink 13 attached to an upper expansion surface. The insulation layer 25 is for example an insulation board or foil. A recess in the insulation layer 25 serves for passing and thermal contact of the third heat conducting element 3a respectively 3b on the heat sink 13 , The insulation layer 25 prevents thermal energy from the heat sink 13 was taken back to the interior in the direction of the system board 11 shine. The shielding body 26 is also in an interior of the heat sink 13 set and surrounds in particular the heat-conducting elements 1 . 2 and 3a respectively 3b channel-like such that a shield of the heat-conducting elements 1 . 2 and 3a respectively 3b absorbed thermal energy is achieved. The shielding body 26 , which may also be referred to as a heat chamber or hood, is made for example of a heat-insulating material, such as plastic, which has a low thermal conductivity. The shielding body 26 shields thermal energy, such as heat radiation or infrared radiation, from the cooler KV , in particular of the heat-conducting elements 1 . 2 and 3a respectively 3b was recorded, before returning to the system board 11 from. As a result, for example, a warming of the system board 11 avoided. Furthermore, the shielding body carries 26 if necessary, in conjunction with the insulation layer 25 in that a condensate formation in the interior of the heat sink 13 , as it can occur, for example, at very low temperatures of below -10 ° C, is reduced or avoided.

Die 8 und 9 zeigen jeweils eine perspektivische Darstellung der Kühlvorrichtung KV gemäß den Ausführungsformen der 2 und 3 im jeweils montierten Zustand. Die 8 entspricht dabei der Ausführungsform gemäß 2 und die 9 der Ausführungsform gemäß 3. Wie aus den 8 und 9 ersichtlich, erlaubt die Kühlvorrichtung KV mit dem Kühlkörper 13 eine kompakte Bauweise. Beispielsweise kann die Kühlvorrichtung KV in einem kompakten Computersystem, wie zum Beispiel in einem Industrie-PC Anwendung finden. Der Kühlkörper 13 kann dabei gleichzeitig eine äußere Gehäusewandung des Computersystems bilden. Auf diese Weise sind kompakte, jedoch hoch performante Industrie-PCs möglich, die über die Kühlvorrichtung KV wirksam passiv gekühlt werden. Insbesondere erlaubt die Kühlvorrichtung KV einen Einsatz in einem weiten Temperaturbereich von beispielsweise -20 °C bis +60 °C.The 8th and 9 each show a perspective view of the cooling device KV according to the embodiments of 2 and 3 in each mounted state. The 8th corresponds to the embodiment according to 2 and the 9 the embodiment according to 3 , Like from the 8th and 9 seen, allows the cooling device KV with the heat sink 13 a compact design. For example, the cooling device KV in a compact computer system, such as in an industrial PC application. The heat sink 13 can simultaneously form an outer housing wall of the computer system. In this way, compact, but high-performance industrial PCs are possible via the cooling device KV effectively passively cooled. In particular, the cooling device allows KV a use in a wide temperature range of for example -20 ° C to +60 ° C.

Ein mit der Kühlvorrichtung KV ausgestattetes Computersystem kann gemäß einer Ausgestaltung ein sogenanntes Internet-of-Things-Gerät (kurz ITO) sein. Bei derartigen ITO-Geräten ist typischerweise ein Dauerbetrieb (24/7) gewünscht. Dabei muss sichergestellt sein, dass ein solches Gerät beispielsweise vor Umgebungseinflüssen geschützt ist. ein derartiges Computersystem kann beispielsweise von einem Kühlkörper 13 eingekapselt werden, wobei eine passive Kühlung vermittels der erläuterten Kühlvorrichtung KV im Inneren des Computersystems erreicht wird.One with the cooling device KV equipped computer system according to one embodiment, a so-called Internet-of-things device (short ITO). Such ITO devices typically require continuous operation (24/7). It must be ensured that such a device, for example, protected from environmental influences. such a computer system may be, for example, a heat sink 13 be encapsulated, wherein a passive cooling by means of the illustrated cooling device KV inside the computer system.

Die dargestellten Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft gewählt.The illustrated embodiments are chosen by way of example only.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
erstes Wärmeleitelementfirst heat-conducting element
22
zweites Wärmeleitelementsecond heat-conducting element
3a, 3b3a, 3b
drittes Wärmeleitelementthird heat-conducting element
44
wärmeerzeugende Komponenteheat generating component
55
Trägercarrier
66
Befestigungsschraubefixing screw
77
Schraubescrew
88th
Gegenmutterlocknut
99
Verdrehsicherungtwist
10a bis 10c10a to 10c
Beilagscheibenwashers
1111
Systemboardsystem Board
1212
Bohrungdrilling
1313
Kühlkörperheatsink
1414
Basisabschnittbase section
1515
zylinderförmiger Mantelabschnittcylindrical shell section
1616
zylinderförmiger Innenbereichcylindrical interior
1717
konusförmiger Außenbereichcone-shaped outdoor area
1818
konusförminger Innenbereichcone-shaped interior
1919
erstes Wärmeverteilerelementfirst heat spreader element
20a bis 20d20a to 20d
weitere Wärmeverteilerelementefurther heat distribution elements
21a bis 21d21a to 21d
Wärmeleitrohrheat pipe
2222
oberer ringförmiger Bereichupper annular area
2323
flexibles Segmentflexible segment
2424
Außenbereichoutdoors
2525
Isolationsschichtinsulation layer
2626
SchirmungskörperSchirmungskörper
2727
Abdeckkappecap
2828
Bohrungdrilling
2929
Bohrungdrilling
KVKV
Kühlvorrichtungcooler
X, Y, ZX, Y, Z
Raumrichtungenspatial directions

Claims (11)

Kühlvorrichtung (KV) zum passiven Kühlen eines Computersystems, aufweisend ein erstes Wärmeleitelement (1), ein zweites Wärmeleitelement (2) und ein drittes Wärmeleitelement (3a, 3b), wobei das erste Wärmeleitelement (1) thermisch mit einer wärmeerzeugenden Komponente (4) koppelbar ist, und wobei das zweite Wärmeleitelement (2) dem ersten Wärmeleitelement (1) und dem dritten Wärmeleitelement (3a, 3b) zwischengelagert ist und eine thermische Kopplung zwischen dem ersten Wärmeleitelement (1) und dem dritten Wärmeleitelement (3a, 3b) herstellt, wobei das zweite Wärmeleitelement (2) in einer Höhenrichtung (z) der Kühlvorrichtung (KV) in einem vorgegebenen Bereich variabel am ersten Wärmeleitelement (1) positionierbar ist, wobei die Kühlvorrichtung (KV) ferner eine Fixiervorrichtung aufweist zum Fixieren des zweiten Wärmeleitelements (2) am dritten Wärmeleitelement (3a, 3b) in der Höhenrichtung (z), wobei in einem fixierten Zustand des zweiten Wärmeleitelements (2) am dritten Wärmeleitelement (3a, 3b) eine Kontaktkraft zwischen dem zweiten Wärmeleitelement (2) und dem dritten Wärmeleitelement (3a, 3b) in der Höhenrichtung (z) vermittels des zweiten Wärmeleitelements (2) in eine Kontaktkraft zwischen dem zweiten Wärmeleitelement (2) und dem ersten Wärmeleitelement (1) in einer zur Höhenrichtung (z) im Wesentlichen senkrechten Richtung (x, y) gewandelt wird, so dass das zweite Wärmeleitelement (2) im Wesentlichen frei von einer Kontaktkraft in der Höhenrichtung (z) am ersten Wärmeleitelement (1) fixiert ist.Cooling device (KV) for passive cooling of a computer system, comprising a first heat-conducting element (1), a second heat-conducting element (2) and a third heat-conducting element (3a, 3b), wherein the first heat-conducting element (1) can be thermally coupled to a heat-generating component (4) and wherein the second heat-conducting element (2) is interposed between the first heat-conducting element (1) and the third heat-conducting element (3a, 3b) and produces a thermal coupling between the first heat-conducting element (1) and the third heat-conducting element (3a, 3b) the second heat-conducting element (2) in a height direction (z) of the cooling device (KV) in a predetermined range variable at the first Heat conducting element (1) is positionable, wherein the cooling device (KV) further comprises a fixing device for fixing the second heat conducting element (2) on the third heat conducting element (3a, 3b) in the height direction (z), wherein in a fixed state of the second heat conducting element (2 ) on the third heat-conducting element (3a, 3b) a contact force between the second heat-conducting element (2) and the third heat-conducting element (3a, 3b) in the height direction (z) by means of the second heat-conducting element (2) into a contact force between the second heat-conducting element (2) and the first heat-conducting element (1) is converted in a direction (x, y) substantially perpendicular to the height direction (z), so that the second heat-conducting element (2) is substantially free of a contact force in the height direction (z) on the first heat-conducting element (2). 1) is fixed. Kühlvorrichtung (KV) nach Anspruch 1, wobei - zwischen dem ersten Wärmeleitelement (1) und der wärmeerzeugenden Komponente (4) eine erste Wärmeübertragungsfläche A1 eingerichtet ist und zwischen dem ersten Wärmeleitelement (1) und dem zweiten Wärmeleitelement (2) eine zweite Wärmeübertragungsfläche A2 eingerichtet ist, wobei A2 > A1 gilt, - zwischen dem zweiten Wärmeleitelement (2) und dem dritten Wärmeleitelement (3a, 3b) eine dritte Wärmeübertragungsfläche A3 eingerichtet ist, wobei A3 > A2 gilt, und - das dritte Wärmeleitelement (3a, 3b) eine vierte Wärmeübertragungsfläche A4 als thermische Abstrahlfläche aufweist, wobei A4 > A3 gilt.Cooling device (KV) after Claim 1 in which - between the first heat-conducting element (1) and the heat-generating component (4) a first heat-transfer surface A1 is arranged and between the first heat-conducting element (1) and the second heat-conducting element (2) a second heat-transfer surface A2 is established, where A2> A1 in that - between the second heat-conducting element (2) and the third heat-conducting element (3a, 3b) a third heat-transfer surface A3 is established, A3> A2, and - the third heat-conducting element (3a, 3b) has a fourth heat-transfer surface A4 as a thermal radiating surface, where A4> A3. Kühlvorrichtung (KV) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Wärmeleitelement (1) einen Basisabschnitt (14) zum thermischen Koppeln mit der wärmeerzeugenden Komponente (4) aufweist und einen auf dem Basisabschnitt (14) aufbauenden zylinderförmigen Mantelabschnitt (15) zum thermischen Koppeln mit dem zweiten Wärmeleitelement (2)aufweist.Cooling device (KV) after Claim 1 or 2 wherein the first heat conducting member (1) has a base portion (14) for thermally coupling with the heat generating component (4) and has a cylindrical shell portion (15) constituting the base portion (14) for thermal coupling with the second heat conducting member (2). Kühlvorrichtung (KV) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Wärmeleitelement (2) einen zylinderförmigen Innenbereich (16) zum thermischen Koppeln mit dem ersten Wärmeleitelement (1) aufweist und einen konusförmigen Außenbereich (17) zum thermischen Koppeln mit dem dritten Wärmeleitelement (3a, 3b) aufweist.Cooling device (KV) after one of Claims 1 to 3 wherein the second heat conducting element (2) has a cylindrical inner region (16) for thermal coupling with the first heat conducting element (1) and a conical outer region (17) for thermal coupling to the third heat conducting element (3a, 3b). Kühlvorrichtung (KV) nach Anspruch 4, wobei das zweite Wärmeleitelement (2) einen oberen ringförmigen Bereich (22) aufweist, an dem mehrere flexible Segmente (23) angeformt sind, wobei die flexiblen Segmente (23) den konusförmigen Außenbereich (17) bilden.Cooling device (KV) after Claim 4 in that the second heat-conducting element (2) has an upper annular region (22) on which a plurality of flexible segments (23) are formed, the flexible segments (23) forming the conical outer region (17). Kühlvorrichtung (KV) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das dritte Wärmeleitelement (3a, 3b) einen konusförmigen Innenbereich (18) zum thermischen Koppeln mit dem zweiten Wärmeleitelement (2) aufweist und einen Außenbereich (24) als thermische Abstrahlfläche aufweist.Cooling device (KV) after one of Claims 1 to 5 wherein the third heat-conducting element (3a, 3b) has a conical inner region (18) for thermal coupling to the second heat-conducting element (2) and has an outer region (24) as a thermal radiating surface. Kühlvorrichtung (KV) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend einen Kühlkörper (13), wobei das dritte Wärmeleitelement (3a, 3b) thermisch mit dem Kühlkörper (13) gekoppelt ist zum Abführen einer von der wärmeerzeugenden Komponente (4) erzeugten thermischen Energie und wobei das dritte Wärmeleitelement (3a, 3b) dem zweiten Wärmeleitelement (2) und dem Kühlkörper (13) zwischengelagert ist.Cooling device (KV) after one of Claims 1 to 6 further comprising a heat sink (13), wherein the third heat conduction member (3a, 3b) is thermally coupled to the heat sink (13) for dissipating a thermal energy generated by the heat generating component (4), and wherein the third heat conduction member (3a, 3b) the second heat conducting element (2) and the heat sink (13) is interposed. Kühlvorrichtung (KV) nach Anspruch 7, wobei die Fixiervorrichtung mit dem zweiten Wärmeleitelement (2) und mit dem Kühlkörper (13) mechanisch gekoppelt ist.Cooling device (KV) after Claim 7 wherein the fixing device is mechanically coupled to the second heat-conducting element (2) and to the cooling body (13). Kühlvorrichtung (KV) nach Anspruch 8, wobei die Fixiervorrichtung eine Schraube (7) und eine Gegenmutter (8) aufweist, in die die Schraube (7) eingeschraubt ist, wobei die Schraube (7) in einer Bohrung am Kühlkörper (13) gehaltert ist und die Gegenmutter (8) in einer Bohrung (29) am zweiten Wärmeleitelement (2) gehaltert ist.Cooling device (KV) after Claim 8 , wherein the fixing device comprises a screw (7) and a counter nut (8), in which the screw (7) is screwed, wherein the screw (7) is mounted in a bore on the heat sink (13) and the lock nut (8) in a bore (29) on the second heat conducting element (2) is supported. Kühlvorrichtung (KV) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner aufweisend: - ein erstes Wärmeverteilerelement (19), das thermisch mit dem dritten Wärmeleitelement (3b) und mit dem Kühlkörper (13) gekoppelt ist und dem dritten Wärmeleitelement (3b) und dem Kühlkörper (13) zwischengelagert ist, - ein oder mehrere weitere Wärmeverteilerelemente (20a...20d), die an unterschiedlichen Positionen am Kühlkörper (13) festgelegt und mit diesem thermisch gekoppelt sind, sowie - ein oder mehrere Wärmeleitrohre (21a...21d), die das erste Wärmeverteilerelement (19) und die weiteren Wärmeverteilerelemente (20a...20d) thermisch koppeln, so dass eine von der wärmeerzeugenden Komponente (4) erzeugte thermische Energie vermittels des ersten und der weiteren Wärmeverteilerelemente (19, 20a...20d) entlang des Kühlkörpers (13) verteilt abgeführt werden kann.Cooling device (KV) after one of Claims 7 to 9 , further comprising: - a first heat spreader element (19) thermally coupled to the third heat conducting element (3b) and the heat sink (13) and interposed between the third heat conducting element (3b) and the heat sink (13), one or more Further heat spreader elements (20a ... 20d), which are fixed at different positions on the heat sink (13) and thermally coupled thereto, and - one or more heat pipes (21a ... 21d), the first heat spreader element (19) and the thermally couple further heat spreader elements (20a ... 20d), so that a thermal energy generated by the heat-generating component (4) are dissipated distributed along the heat sink (13) by means of the first and the further heat spreader elements (19, 20a ... 20d) can. Computersystem mit einer Kühlvorrichtung (KV) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und einer wärmeerzeugenden Komponente (4), wobei das erste Wärmeleitelement (1) der Kühlvorrichtung (KV) thermisch mit der wärmeerzeugenden Komponente (4) gekoppelt ist.Computer system with a cooling device (KV) according to one of Claims 1 to 10 and a heat-generating component (4), wherein the first heat-conducting member (1) of the cooling device (KV) is thermally coupled to the heat-generating component (4).
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