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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkörper wie beispielsweise einen Kühlkörper für ein Steuergerät, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2015 205 985 A1 wird ein Kühlkörper zum Kühlen eines Gehäuses beschrieben, der auf einer annähernd ebenen Kühlfläche eine Vielzahl von Kühlrippen aufweist, die sich von einem Zentrumsbereich der Kühlfläche ausgehend sternförmig nach außen in Richtung der Kühlflächenaußenseite erstrecken. Der Zentrumsbereich ist von einem ringförmigen Verbindungselement gebildet, das über die Ebene der Kühlfläche übersteht und eine zentrische Ausnehmung aufweist. Die Kühlrippen gehen von dem ringförmigen Verbindungselement aus und weisen jeweils eine ähnliche Höhe gegenüber der Kühlfläche auf wie das Verbindungselement.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Kühlkörper kann zur Kühlung von diversen Geräten, Einrichtungen oder Vorrichtungen eingesetzt werden und wird zu diesem Zweck an einem Gehäuse des Geräts, der Einrichtung bzw. der Vorrichtung angeordnet oder bildet einen Teil des Gehäuses. Es kommt z.B. die Kühlung eines Steuergerätes mithilfe des erfindungsgemäßen Kühlkörpers in Betracht, beispielsweise eines Steuergerätes in einem Kraftfahrzeug oder in einem motorisierten Zweirad.
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Der Kühlkörper weist eine Kühlfläche auf, die insbesondere als eine vorzugsweise ebene Kühlplatte ausgebildet ist, ggf. aber auch gekrümmt ausgeführt sein kann. Der Kühlkörper umfasst außerdem mehrere Kühlrippen, die auf der Kühlfläche angeordnet sind und sich gegenüber der Kühlfläche erheben. Die Kühlrippen vergrößern die Fläche, über die Wärme abgegeben werden kann und sorgen auf diese Weise für eine Reduzierung des thermischen Widerstandes. Die Kühlrippen sind stegartig ausgebildet und erstrecken sich an einer Seite der Kühlfläche, wohingegen die gegenüberliegende Seite der Kühlfläche vorzugsweise ohne derartige Kühlrippen ausgebildet ist.
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Die Kühlrippen erstrecken sich ausgehend von einem Zentrumsbereich der Kühlfläche sternförmig nach außen in Richtung der Kühlflächenaußenseite, die den Außenrand der Kühlfläche bildet. Über den Zentrumsbereich kann vorteilhafterweise der Kühlkörper mit einem weiteren Bauteil, beispielsweise dem Gehäuse eines zu kühlenden Gerätes verbunden werden. Zumindest ein Teil von der Gesamtheit sämtlicher Kühlrippen des Kühlkörpers erstreckt sich unmittelbar von dem Zentrumsbereich ausgehend in Richtung der Kühlflächenaußenseite, welche von der Umrandung der Kühlfläche gebildet ist. Es kann ggf. zweckmäßig sein, dass ein weiterer Teil der Kühlrippen sich ebenfalls sternförmig zwischen dem Zentrumsbereich und der Kühlflächenaußenseite erstreckt, jedoch auf Abstand zu dem Zentrumsbereich liegt.
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Die Höhe zumindest eines Teils der Kühlrippen über der Kühlfläche ist benachbart zum Zentrumsbereich geringer als in einem weiter außen gelegenen Abschnitt der Kühlrippen, der einen größeren Abstand zu dem Zentrumsbereich besitzt. Im Zentrumsbereich sind somit die Kühlrippen mit einer reduzierten Höhe gegenüber der Kühlfläche ausgebildet, so dass die Außenkontur der Kühlrippen im Zentrumsbereich abgesenkt ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der thermische Widerstand durch eine Verbesserung der Strömungseigenschaften über die Kühlrippenkonturen weiter verringert wird, wodurch die Wärmeabfuhr verbessert wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Wärmeabfuhr unabhängig von der Einbaulage des Kühlkörpers ist und somit in verschiedenen Einbaulagen des Kühlkörpers eine verbesserte Wärmeabfuhr verglichen mit Ausführungen aus dem Stand der Technik erreicht werden kann. Der Zentrumsbereich in der Kühlfläche stellt keinen oder nur einen reduzierten Widerstand für die Kühlluft dar, die zwischen den Kühlrippen von außen nach innen in Richtung des Zentrumbereichs entlangströmt.
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Diese Ausführung des Kühlkörpers mit reduziertem thermischem Widerstand ermöglicht es auch, bei gleichem Wärmeableitungsvermögen kleinere Kühlkörper zu bauen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist die maximale Höhe der Kühlrippen - bezogen auf die Kühlfläche, gegenüber der sich die Kühlrippen erheben - in einem mittleren Abschnitt der Kühlrippen erreicht, der sowohl auf Abstand zum Zentrumsbereich als auch auf Abstand zur Kühlflächenaußenseite liegt. Unmittelbar an der Kühlflächenaußenseite weisen somit die Kühlrippen eine geringere Höhe auf als mit Abstand zur Kühlflächenaußenseite. Vorteilhafterweise ist jedoch die Höhe der Kühlrippen unmittelbar an der Kühlflächenaußenseite größer als im Zentrumsbereich. Somit steigt die Höhe der Kühlrippen, ausgehend vom Zentrumsbereich, zunächst an und fällt anschließend bis zum Erreichen der Kühlflächenaußenseite zumindest geringfügig wieder ab.
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In einer alternativen Ausführung ist es auch möglich, dass die Höhe der Kühlrippen von einem mittleren Abschnitt bis zum Erreichen der Kühlflächenaußenseite gleich hoch bleibt oder ggf. sogar ansteigt. Des Weiteren ist es möglich, eine wellenförmige Außenkontur der Kühlrippen mit wechselnder Höhe vorzusehen.
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Die Kühlrippen mit reduzierter Höhe im Zentrumsbereich erstrecken sich, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, über einen Durchmesser, der zumindest einem Viertel der minimalen Breite des Kühlkörpers entspricht. Diese Ausführung stellt sicher, dass der mittige Bereich mit abgesenkter Höhe der Kühlrippen eine Mindestfläche umfasst, welche groß genug ist, um den thermischen Widerstand in gewünschter Weise zu reduzieren.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Zentrumsbereich von einem Ringsteg gebildet, der eine zentrische Ausnehmung durch die Kühlfläche einfasst. Der Ringsteg erhebt sich vorteilhafterweise über die Ebene der Kühlfläche, wobei die Kühlrippen, welche sich bis zum Ringsteg erstrecken, bevorzugterweise die gleiche Höhe wie der Ringsteg besitzen. Somit münden die Ringstege, radial von außen nach innen verlaufend, in den Ringsteg und besitzen im Übergang zum Ringsteg die gleiche Höhe wie dieser.
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Vorteilhafterweise verlaufen die Kühlrippen in Radialrichtung, bezogen auf eine Mittellängsachse des Ringstegs, welche orthogonal zur Ebene der Kühlfläche liegt. Es ist aber auch möglich, dass die Kühlrippen unter einem Winkel zur Radialen verlaufen.
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Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung weisen die Kühlrippen eine geradlinige Erstreckung auf. In alternativer Ausführung kommen auch gekrümmte Kühlrippen in Betracht.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung besitzt der Kühlkörper genau einen Zentrumsbereich, der mit Abstand zu sämtlichen Außenseiten der Kühlfläche angeordnet ist. Gemäß einer weiteren, alternativen Ausführung ist es auch möglich, dass mehr als ein Zentrumsbereich angeordnet ist, beispielsweise zwei Zentrumsbereiche, welche jedoch beabstandet zueinander liegen und auch auf Abstand zur Außenseite der Kühlfläche. Bei zwei oder mehr Zentrumsbereichen erstreckt sich jeweils ein Teil der Kühlrippen zu jedem Zentrumsbereich.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung erhebt sich der Ringsteg über die Kühlfläche, er weist jedoch eine geringere Höhe auf als die maximale Höhe der Kühlrippen. In alternativer Ausführung ist es auch möglich, dass der Ringsteg vollständig in die Kühlfläche eingebettet ist und sich nicht über die Ebene der Kühlfläche erhebt.
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Es kommt ggf. in Betracht, dass die Höhe der Kühlrippen benachbart zum Zentrumsbereich höher ist als die Höhe des Ringstegs. In jedem Fall ist aber die Höhe der Kühlrippen benachbart zum Zentrumsbereich geringer als in einem weiter außen gelegenen Abschnitt der Kühlrippen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung mündet lediglich ein Teil der Kühlrippen in den Ringsteg, der den Zentrumsbereich bildet, wohingegen ein weiterer Teil der Kühlrippen auf Abstand zum Ringsteg liegt. Dies ermöglicht es, eine Vielzahl von Kühlrippen auf der Kühlfläche anzuordnen, von denen sich jedoch nur ein Teil bis zum Zentrumsbereich erstreckt. Zumindest diese Kühlrippen besitzen den vorbeschriebenen Höhenverlauf mit einer Absenkung im Zentrumsbereich. Die weiteren Kühlrippen, welche sich nicht bis zum Zentrumsbereich erstrecken und entsprechend eine geringere Länge als die sich bis zum Zentrumsbereich erstreckenden Kühlrippen aufweisen, können über ihre verkürzte Länge gesehen den gleichen Höhenverlauf aufweisen wie die längeren Kühlrippen in dem betreffenden Abschnitt.
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Die Kühlfläche und die Kühlrippen sind vorzugsweise einteilig ausgebildet. Der Kühlkörper besteht zweckmäßigerweise aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, insbesondere aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium.
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Die Kühlrippenstruktur ist in der Weise ausgebildet, dass benachbarte Kühlrippen einen ausreichenden Abstand zueinander aufweisen, um einen Strömungsweg für die Kühlluft zu bilden. Es kann beispielsweise vorteilhaft sein, einen Mindestabstand zwischen benachbarten Kühlrippen vorzusehen, der zweimal oder dreimal so groß ist wie die Dicke der Kühlrippen.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die eine perspektivische Darstellung eines Kühlkörpers mit einer ebenen Kühlfläche und darauf angeordneten Kühlrippen zeigt.
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Der in der Figur dargestellte Kühlkörper 1 ist als ein Metallbauteil ausgebildet und besteht beispielsweise aus Aluminium und kann zur Luftkühlung von diversen Geräten oder Gehäusen eingesetzt werden, beispielsweise zur Kühlung von Steuergeräten, insbesondere in Kraftfahrzeugen. Der Kühlkörper 1 weist eine rechteckförmige Kühlfläche 2 auf, die eben ausgebildet ist und eine Kühlplatte bildet, auf deren Oberseite eine Vielzahl von Kühlrippen 3 und 4 angeordnet sind. Die Kühlfläche 2 und die Kühlrippen 3, 4 sind einteilig ausgebildet. In der Mitte der Kühlfläche 2 befindet sich ein Zentrumsbereich 5 mit einem Ringsteg 7, der eine zentrische Ausnehmung einfasst, welche die Kühlfläche 2 vollständig durchdringt und zur Aufnahme eines Verbindungsgliedes wie beispielsweise einer Schraube dient, mit der der Kühlkörper 1 an einem Gerät oder Gehäuse befestigbar ist. Der Ringsteg 7 erhebt sich geringfügig über die Kühlfläche 2, jedoch in einem signifikant geringeren Maße als die maximale Höhe der Kühlrippen 3 und 4, mit der diese sich über die Kühlfläche 2 erheben.
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Die Kühlrippen 3 erstrecken sich sternförmig von dem Ringsteg 7 bis zur Kühlflächenaußenseite 6, welche die Umrandung der Kühlfläche 2 darstellt. Zwischen diesen Kühlrippen 3 befinden sich die weiteren Kühlrippen 4, die ebenfalls sternförmig ausgerichtet sind, jedoch nicht von dem Ringsteg 7 ausgehen bzw. in diesen münden, sondern sich von der Kühlflächenaußenseite 6 nur etwa über die halbe Distanz bis zum Ringsteg 7 erstrecken. In Umfangsrichtung wechseln sich die Kühlrippen 3 und die Kühlrippen 4 ab. Die maximale Höhe über der Kühlfläche 2 der Kühlrippen 3 und 4 ist zumindest annähernd gleich groß.
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Die Längserstreckung der Kühlrippen 3 und 4 im sternförmigen Verlauf liegt, bezogen auf die Längsachse des Ringstegs 7, in Radialrichtung. Die Höhe der Kühlrippen 3 über der Kühlfläche 2 ändert sich im Längsverlauf insbesondere der Kühlrippen 3, die sich vom Ringsteg 7 ausgehend radial bis zur Kühlflächenaußenseite 6 erstrecken. Der Zentrumsbereich 5 mit dem Ringsteg 7 sowie ein zentrumsnaher Abschnitt 3a der Kühlrippen 3 weisen eine signifikant reduzierte Höhe über der Kühlfläche 2 auf, die sich nur geringfügig über die Kühlfläche 2 erhebt. Es sind auch Ausführungen möglich, in denen der Ringsteg 7 sich nicht über die Kühlfläche 2 erhebt, sondern genau in der Ebene der Kühlfläche 2 liegt.
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Die zentrumsnahen Abschnitte 3a der Kühlrippen 3, die in den Ringsteg 7 münden, weisen die gleiche Höhe wie der Ringsteg 7 auf und besitzen somit eine abgesenkte Höhe, verglichen mit ihrer maximalen Höhe, die im mittleren Abschnitt 3b erreicht wird. Dementsprechend steigt die Höhe ausgehend vom zentrumsnahen Abschnitt 3a bis zum mittleren Abschnitt 3b signifikant an. Der außenliegende Abschnitt 3c, der sich bis zur Kühlflächenaußenseite 6 erstreckt, fällt gegenüber dem mittleren Abschnitt 3b geringfügig ab.
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Die weiteren Kühlrippen 4, die sich ausgehend von der Kühlflächenaußenseite 6 nur etwa über die halbe Distanz bis zum Ringsteg 7 erstrecken, weisen über ihre Länge das gleiche Höhenprofil wie die danebenliegenden Kühlrippen 3 auf, welche sich bis zum Ringsteg 7 erstrecken.
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Die Abschnitte 3a der Kühlrippen 3, welche mit dem Ringsteg 7 verbunden sind, sind in der Nachbarschaft zum Ringsteg 7 noch mit der gleichen oder zumindest annähernd gleichen Höhe wie der Ringsteg 7 gegenüber der Kühlfläche 2 ausgebildet. Der Abschnitt gleicher oder zumindest annähernd gleicher Höhe des Zentrumsbereiches 5 erstreckt sich über einen Durchmesser - bezogen auf die Längsachse des Ringstegs 7 -, der zwischen 25 % und 50 % der Breite des Kühlkörpers 1 beträgt.
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Die maximale Höhe der Kühlrippen 3 im Abschnitt 3b liegt erheblich über der Höhe des Zentrumsbereiches 5. Es kann zweckmäßig sein, dass die maximale Höhe des Abschnittes 3b um mindestens das Dreifache oder mindestens das Fünffache über der Höhe des Zentrumsbereiches 5 liegt, bezogen auf den Überstand gegenüber der Kühlfläche 2.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015205985 A1 [0002]
