DE102019111533A1

DE102019111533A1 - Vaskuläre polymeranordnung

Info

Publication number: DE102019111533A1
Application number: DE102019111533.7A
Authority: DE
Inventors: Anthony M. Coppola; Alireza Fatemi; Rashmi Prasad
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2019-11-21
Also published as: CN110505786B; US20190357386A1; CN110505786A

Abstract

Es ist eine vaskuläre Polymeranordnung vorgesehen, die eine Wärmequelle und ein Polymersubstrat beinhaltet, das konfiguriert ist, um mindestens einen Teil der Wärmequelle zu umschließen und zu schützen; und einen Kanal, der in dem Polymersubstrat definiert ist, das konfiguriert ist, um einen Wärmestrom von der Wärmequelle weg über einen Kanalkühlmittelstrom zu übertragen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen die Kühlung und den Schutz einer Wärmequelle. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung, die Vorteile des Wärmemanagements sowie Schutz für angetriebene Komponenten bereitstellt, die eine Elektronikplatine, eine Motorkomponente wie einen Stator oder einen Teil einer Motorkomponente beinhalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
HINTERGRUND
Bekanntermaßen produzieren viele angetriebene Vorrichtungen Wärme. Diese Wärme sollte den Vorrichtungen entzogen werden, um die Temperaturen der Geräteanschlüsse innerhalb der gewünschten Grenzen zu halten: Wenn die so erzeugte Wärme nicht abgeführt wird, kommt es zu erhöhten Gerätetemperaturen, die zu thermischen Ausreißern führen können. Mehrere Trends in der Elektronikindustrie führen in Kombination dazu, dass das Wärmemanagement an Bedeutung gewinnt, einschließlich der Wärmeabfuhr für elektronische Vorrichtungen. Insbesondere der Bedarf an schnelleren und dichter gepackten Schaltungen hatte direkte Auswirkungen auf die Wichtigkeit des Wärmemanagements. Erstens nimmt die Verlustleistung und damit die Wärmeentwicklung mit zunehmender Betriebsfrequenz der Vorrichtung zu. Zum anderen können bei niedrigeren Temperaturen der Geräteanschlüsse erhöhte Betriebsfrequenzen möglich sein. Schließlich, da immer mehr Vorrichtungen auf einen einzigen Chip gepackt werden, steigt die Leistungsdichte (Watts/cm²), was zur Folge hat, dass mehr Leistung von einem Chip oder einem Modul einer bestimmten Größe entfernt werden muss. Diese Trends kombinierten sich zu Anwendungen, bei denen es nicht mehr wünschenswert ist, die Wärme aus modernen Vorrichtungen ausschließlich durch traditionelle Luftkühlverfahren, wie beispielsweise durch die Verwendung herkömmlicher luftgekühlter Kühlkörper, abzuführen.
Wie ebenfalls bekannt ist, werden elektronische Vorrichtungen durch die Verwendung einer Kühlflüssigkeit, wie beispielsweise Kaltwasser oder eines Kältemittels, effektiver gekühlt. So können beispielsweise elektronische Vorrichtungen durch die Verwendung einer Kühlplatte in thermischem Kontakt mit den elektronischen Vorrichtungen gekühlt werden. Kaltwasser (oder andere Kühlflüssigkeiten) wird durch die Kühlplatte geleitet, wobei die Wärme von den elektronischen Vorrichtungen auf die Kühlflüssigkeit übertragen wird. Die Kühlflüssigkeit zirkuliert dann durch einen externen Wärmetauscher oder eine Kältemaschine, wobei die angesammelte Wärme aus der Kühlflüssigkeit übertragen wird. Es sind Fluidströmungspfade vorgesehen, die die Kühlplatten miteinander und mit dem externen Wärmetauscher oder der Kältemaschine verbinden. Diese Fluidströmungspfade bestehen aus Leitungen, wie beispielsweise Kupferrohren, die typischerweise durch eine oder mehrere mechanische Verbindungen mit Kühlplatten verbunden sind.
Eine nach bekannten Verfahren und Materialien konstruierte Kühlplatten-Flüssigkeitsverteilungsanordnung kann jedoch aufgrund der im Allgemeinen in einer Kühlplattenanordnung implementierten Komponenten ziemlich sperrig und schwer sein. Fertigungs- und Montagetoleranzen in elektronischen Vorrichtungen, Platinen, Kühlplatten usw. können zu Abweichungen in den Abmessungen und der Ausrichtung der Komponenten führen, was eine gewisse Flexibilität in der Flüssigkeitsverteilungsanordnung mit mehreren Kühlplatten erfordert, um gleichzeitig einen guten thermischen Kontakt zu allen zugehörigen elektronischen Vorrichtungen aufrechtzuerhalten. So können beispielsweise Fertigungs- und Prozesstoleranzen dazu führen, dass ähnliche Modultypen, wie beispielsweise Prozessormodule, um mehrere Millimeter in der Höhe variieren.
Wie in 1A dargestellt, ist eine isometrische Ansicht einer herkömmlichen Kühlplatte für eine Wärmequelle vorgesehen, worin die Wärmequelle ein Elektronikmodul eines Fahrzeugs sein kann. 1B bietet eine isometrische Ansicht der Kühlplatte in 1A mit abgenommener oberer Abdeckung und freigelegtem Kühlkanal. 1C ist eine isometrische Ansicht des Elektronikmodulhohlraums in der Kühlplatte von 1A. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer herkömmlichen Kühlplatte und eines Elektronikmoduls, worin der Kühlmittelstrom so dargestellt ist, dass der Kühlmittelstrom Wärme von nur einer Seite des Elektronikmoduls wegleitet.
Alternativ können bekannte Materialien und Verfahren verwendet werden, um eine Flüssigkeitsverteilungsanordnung mit mehreren Kühlplatten zu erstellen, die eine ausreichende Flexibilität aufweist, aber keine Verbesserungen der Zuverlässigkeit aufweist, die einer reduzierten Anzahl von mechanischen Leitungsverbindungen zugeordnet sind. So können beispielsweise eine Reihe von Metallkühlplatten mit flexiblen Schläuchen, wie beispielsweise Kunststoffschläuchen, zusammengefügt werden. Da Kunststoffrohre nicht gelötet, hartgelötet oder anderweitig zuverlässig und dauerhaft mit einer Metallkühlplatte verbunden werden können, ist eine mechanische Verbindung zwischen dem Kunststoffrohr und jedem Ein- und Ausgang jeder Kühlplatte erforderlich. Wie bereits erwähnt, erhöht eine Erhöhung der Anzahl der mechanischen Rohrverbindungen die potenziellen Fehlerquellen in der Kälteverteilungsanordnung. So können bekannte Materialien und Verfahren eine Mehrfach-Kühlplatten-Flüssigkeitsverteilungsanordnung bereitstellen, die ausreichend flexibel ist, um bei normalen Fertigungs- und Montageprozessschwankungen einen guten thermischen Kontakt zu den zugehörigen elektronischen Vorrichtungen aufrechtzuerhalten, jedoch wird diese Flexibilität auf Kosten der Verbesserung der Zuverlässigkeit erreicht, die als Motivation zum Erstellen der Mehrfach-Kühlplatten-Flüssigkeitsverteilungsanordnung diente.
Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Anordnung bereitzustellen, die eine Wärmequelle wie eine Elektronikplatine kompakt und leicht aufnehmen und schützen kann, während gleichzeitig die von der Wärmequelle erzeugte Wärmeenergie verwaltet wird. Darüber hinaus ist es wünschenswert, die Anzahl der Komponenten zu reduzieren, die in diesen Anordnungen im Allgemeinen implementiert werden. Ferner werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, sowie mit dem vorangehenden technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich offensichtlich.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt eine vaskuläre Polymeranordnung bereit, worin die Anordnung eine Wärmequelle und ein Gehäuse für die Wärmequelle beinhaltet. Die Wärmequelle kann, jedoch nicht notwendigerweise, ein leistungsstarkes Elektronikmodul sein, das anfällig für Wärmeentwicklung ist, wie beispielsweise ein IGBT- oder MOSFET-Modul für Elektrofahrzeuge. Das Gehäuse ist so konfiguriert, dass es die Wärme von der Wärmequelle wegleitet und gleichzeitig die Wärmequelle schützt. Darüber hinaus hat die Polymeranordnung der vorliegenden Offenbarung das Gewicht und die Komponenten im Vergleich zu herkömmlichen Kühlmittelplatten, die für derartige leistungsstarke Elektronikmodule/- platinen verwendet werden, reduziert.
In einer ersten Ausführungsform kann die vaskuläre Polymeranordnung eine Wärmequelle, ein Polymersubstrat und einen oder mehrere in dem Polymersubstrat definierte Kanäle beinhalten. Der oder die Kanäle sind so konfiguriert, dass sie die Wärme über einen Kühlmittelstrom, der sich durch den oder die Kanäle bewegt, von der Wärmequelle wegleiten. Das Polymersubstrat der vorliegenden Offenbarung kann konfiguriert werden, um Wärme zu verteilen, einzuschließen und mindestens einen Teil der Wärmequelle zu schützen. Als eine Option kann ein im Polymersubstrat definierter Kanal in Fluidverbindung mit der Wärmequelle stehen. Als weitere optionale Erweiterung kann der Kanal, der in Fluidverbindung mit der Wärmequelle steht, einen vergrößerten Querschnitt in dem Bereich definieren, in dem sich der Kanal mit der Wärmequelle schneidet. Das Polymersubstrat kann aus einem starren Polymermaterial gebildet werden, wenn das Polymersubstrat die Wärmequelle vollständig umschließt und schützt. In dieser Ausführungsform unter Verwendung eines starren Polymermaterials für das Polymersubstrat (sowie anderer Ausführungsformen, die ein flexibles Polymermaterial für das Polymersubstrat implementieren) kann die vaskuläre Polymeranordnung ferner eine innere Stützstruktur beinhalten, die zum Tragen der Wärmequelle konfiguriert ist. Die innere Tragkonstruktion kann umschlossen und mit der Wärmequelle innerhalb des Polymersubstrats geschützt werden.
In dieser ersten Ausführungsform ist zu verstehen, dass der/die im Polymersubstrat definierte(n) Kanal/Kanäle sowohl in einem oberen als auch in einem unteren Bereich des Polymersubstrats bereitgestellt werden können, jedoch nicht notwendigerweise. Als weitere Option kann ein oberer Wärmeverteiler angrenzend an einen oder mehrere Kanäle angeordnet werden, die in einem oberen Bereich des Polymersubstrats definiert sind, während ein unterer Wärmeverteiler auch angrenzend an den oder die Kanäle angeordnet sein kann, die in einem unteren Bereich des Polymersubstrats definiert sind.
In einer zweiten Ausführungsform kann die vaskuläre Polymeranordnung eine Wärmequelle, ein Polymersubstrat und einen oder mehrere in dem Polymersubstrat definierte Kanäle sowie eine Platte und ein strukturelles Gehäuse beinhalten, das auf der Platte angeordnet ist. Das Strukturgehäuse kann aus einem Polymermaterial hergestellt sein oder auch nicht. Das Strukturgehäuse ist so konfiguriert, dass es die Wärmequelle und das Polymersubstrat trägt. Die Platte kann weiterhin einen Plattenkühlmittelkanal definieren. Der Plattenkühlmittelkanal, die Platte und das Strukturgehäuse sind konfiguriert, um Wärme von einer Unterseite der Wärmequelle über einen Plattenkühlmittelstrom zu verteilen, der durch den Plattenkühlmittelkanal bewegt wird, während die Kanäle im Polymersubstrat konfiguriert sind, um Wärme von einer Oberseite der Wärmequelle über einen Kanalkühlmittelstrom, der sich durch die Kanäle bewegt, abzuführen. Als eine Option können die im Polymersubstrat definierten Kanäle in Fluidverbindung mit der Wärmequelle stehen. Als weitere optionale Erweiterung kann/können der/die Kanal/Kanäle, die in Fluidverbindung mit der Wärmequelle stehen, einen vergrößerten Querschnitt in dem Bereich definieren, in dem sich der Kanal mit der Wärmequelle schneidet. In dieser Ausführungsform, die eine Platte und ein Strukturgehäuse implementiert, kann das Polymersubstrat durch ein flexibles Polymer gebildet werden. Das flexible Polymer definiert eine Gebrauchstemperatur, die deutlich über einer Glasübergangstemperatur liegt. Das flexible Polymermaterial, das im Polymersubstrat verwendet wird, kann, jedoch nicht notwendigerweise, eines aus einem Gummi, einem Silikon oder einem Elastomer sein.
In einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann anstelle eines Strukturgehäuses und der Platte ein strukturelles Polymergehäuse verwendet werden. In dieser Ausführungsform beinhaltet die vaskuläre Polymeranordnung eine Wärmequelle, ein Polymersubstrat und einen oder mehrere in dem Polymersubstrat definierte Kanäle und ein strukturelles Polymergehäuse. Das strukturelle Polymergehäuse trägt, wie bereits beschrieben, ebenfalls die Wärmequelle und das Polymersubstrat. Das strukturelle Polymergehäuse erübrigt jedoch die Verwendung einer Platte mit einem Plattenkühlmittelkanal, da das strukturelle Polymergehäuse auch einen Kühlmittelkanal definiert, der so konfiguriert ist, dass er die Wärme von einer Unterseite der Wärmequelle über einen niedrigeren Kühlmittelstrom, der durch den oder die unteren Kühlmittelkanäle strömt, wegleitet. Das strukturelle Polymergehäuse kann aus einem Strukturpolymer gebildet werden, das sich in einem glasartigen Zustand befindet, sodass die Betriebstemperatur des Strukturpolymers unter einer Glasübergangstemperatur liegt. Das für das strukturelle Polymergehäuse verwendete strukturelle Polymermaterial kann, jedoch nicht notwendigerweise, eines von einem Epoxid, einem Polyurethan, einem Polyimid, einem Polypropylen, einem Nylon, einem Bismaleimid, einem Benzoxazin, einem Phenol, einem Polyester, einem Polyvinylchlorid, einem Melamin, einem Cyanatester, einem Silikon, einem Vinylester, einem thermoplastischen Olefin, einem Polycarbonat, einem Polyäthersulfon, einem Polystyrol oder einem Polytetrafluorethylen sein.
Die vorliegende Offenbarung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung einer vaskulären Polymeranordnung bereit, das die folgenden Schritte beinhaltet: (1) Bereitstellen einer Wärmequelle; (2) Umhüllen der Wärmequelle mit einem Opfermaterial; (3) Platzieren der in das Opfermaterial umhüllten Wärmequelle in einer Form; (4) Füllen der Form mit einem Polymermaterial, worin das Polymermaterial mindestens einen Teil der Wärmequelle und des Opfermaterials umschließt; (5) Aushärten des Polymermaterials in der Form, wodurch ein umhülltes Produkt erzeugt wird; (6) Entfernen des umhüllten Produkts aus der Form; und (7) Entfernen des in der Form angeordneten Opfermaterials und Definieren eines Kanals (Kanäle). Das Verfahren kann optional weiterhin einen oder mehrere der folgenden Schritte beinhalten: den Schritt des Bereitstellens eines Kühlmittelstroms durch die Kanäle; und den Schritt des Anordnens der Wärmequelle in einem Strukturgehäuse und des gemeinsamen Platzierens der Wärmequelle und des Strukturgehäuses in der Form. Die in dem vorgenannten Herstellungsverfahren implementierte Wärmequelle kann, muss jedoch nicht notwendigerweise ein Elektronikmodul sein.
Es versteht sich, dass der Schritt des Füllens der Form mit dem Polymermaterial durch ein Dual-Shot-Spritzgussverfahren durchgeführt werden kann, jedoch nicht notwendigerweise durchgeführt werden muss, worin ein Strukturpolymer in mindestens einem unteren Bereich der Form unterhalb der Wärmequelle und ein flexibles Polymer in mindestens einem oberen Bereich der Form oberhalb der Wärmequelle vorgesehen ist. Alternativ kann der Schritt des Füllens der Form mit dem Polymermaterial, jedoch nicht notwendigerweise, durch ein einzelnes Spritzgussverfahren durchgeführt werden, worin die Form mit einem Strukturpolymer gefüllt ist.
Bezugnehmend auf den Schritt des Umhüllens der Wärmequelle in das Opfermaterial versteht es sich, dass dieser Schritt auf verschiedene Weise durchgeführt werden kann. Ein exemplarisches Verfahren zum Umhüllen der Wärmequelle besteht darin, nur eine Oberseite der Wärmequelle mit dem Opfermaterial zu umhüllen. Ein weiteres, nicht einschränkendes exemplarisches Verfahren zum Umhüllen der Wärmequelle beinhaltet das Umhüllen der Wärmequelle in ein Opfermaterial, worin sowohl eine Oberseite als auch eine Unterseite der Wärmequelle umhüllt sind.
Die vorliegende Offenbarung und ihre besonderen Eigenschaften und Vorteile wird aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen offensichtlicher werden.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, dem besten Modus, den Ansprüchen und den dazugehörigen Zeichnungen ersichtlich:

1A stellt eine isometrische Ansicht einer herkömmlichen Kühlplatte für eine Wärmequelle, wie beispielsweise das Elektronikmodul eines Fahrzeugs, bereit.
1B bietet eine isometrische Ansicht der Kühlplatte in 1A mit abgenommener oberer Abdeckung und freigelegtem Kühlkanal.
1C ist eine isometrische Ansicht des Elektronikmodulhohlraums in der Kühlplatte von 1A.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer herkömmlichen Kühlplatte und eines Elektronikmoduls, worin ein Kühlmittelstrom Wärme von einer Seite des Elektronikmoduls wegleitet.
3 veranschaulicht eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, worin das Polymersubstrat die Wärmequelle vollständig umschließt und schützt.
4A veranschaulicht die erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, worin ein Wärmeverteiler zwischen der Wärmequelle und den Kanälen in jedem des oberen Bereichs und des unteren Bereichs des Polymersubstrats angeordnet ist.
4B veranschaulicht eine exemplarische, nicht-einschränkende Befestigung des Wärmeverteilers am Opfermaterial.
5 ist eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, worin Kanäle im Polymersubstrat Wärme von einer Oberseite einer Wärmequelle weg übertragen.
6 veranschaulicht die zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, worin ein zweites Polymersubstrat Wärme von einer Unterseite der Wärmequelle über den oder die Kanäle und einen niedrigeren Kühlmittelstrom wegleitet.
7A veranschaulicht eine exemplarische, nicht-einschränkende schematische Seitenansicht der Wärmequelle, die in Fluidverbindung mit dem oder den Kanälen steht.
7B veranschaulicht ein Beispiel, eine nicht einschränkende schematische Ober- und Unteransicht der Wärmequelle und den mindestens einen Kanal von 7A.
8A veranschaulicht eine exemplarische, nicht-einschränkende schematische Seitenansicht der Wärmequelle, die in Fluidverbindung mit dem Kanal in dem oder den Kanälen steht, worin der Kanal einen vergrößerten Querschnitt in dem Bereich aufweist, in dem sich der Kanal mit der Wärmequelle schneidet.
8B veranschaulicht ein Beispiel, eine nicht einschränkende schematische Ober- und Unteransicht der Wärmequelle und den mindestens einen Kanal von 8A.
9A veranschaulicht eine exemplarische, nicht einschränkende schematische Ober-/Unteransicht eines oder mehrerer Kanäle, die über/unter einer in einem Polymersubstrat eingeschlossenen Wärmequelle definiert sind.
9B veranschaulicht eine exemplarische, nicht-einschränkende schematische Seitenansicht eines Kanals oder von Kanälen, die angrenzend an eine der ersten und zweiten Seiten einer Wärmequelle definiert sind, die in einem Polymersubstrat eingeschlossen sind.
10A veranschaulicht eine exemplarische, nicht-einschränkende schematische Seitenansicht der zweiten Ausführungsform des Gehäuses, die ferner eine innere Stützstruktur beinhaltet.
10B veranschaulicht eine Draufsicht der inneren Stützstruktur von 10A.
11 veranschaulicht ein exemplarisches nicht-einschränkendes Verfahren zur Herstellung einer vaskulären Polymeranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
12 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines exemplarischen, nicht-einschränkenden Opfermaterials.

Gleiche Referenznummern beziehen sich auf gleiche Teile in der Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird nun im Detail auf derzeit bevorzugte Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, welche die besten Arten der Durchführung der vorliegenden Offenbarung darstellen, die den Erfindern gegenwärtig bekannt sind. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich exemplarisch für die vorliegende Offenbarung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Daher sind die spezifischen Details, die hierin offenbart werden, nicht als Beschränkungen zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für jegliche Aspekte der vorliegenden Offenbarung und/oder dienen nur als repräsentative Grundlage, um Fachleuten auf dem Gebiet die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten zu vermitteln.
Außer in den Beispielen oder wenn ausdrücklich erwähnt, sind alle nummerischen Angaben über Materialmengen oder Reaktions- und/oder Nutzungsbedingungen in dieser Beschreibung so zu verstehen, dass sie durch den Zusatz „etwa“ modifiziert werden, sodass sie den weitestmöglichen Umfang der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Das Ausführen innerhalb der angegebenen nummerischen Grenzen wird im Allgemeinen bevorzugt. Ferner, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben: Prozent, „Teile von“ und Verhältniswerte nach Gewicht; Wenn eine Gruppe oder Klasse von Materialien für einen bestimmten Zweck im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung als geeignet oder bevorzugt beschrieben wird, bedeutet das, dass Mischungen von zwei oder mehreren Mitgliedern der Gruppe oder Klasse gleichermaßen geeignet oder bevorzugt sind; die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen derselben Abkürzung und gilt in entsprechender Anwendung für normale grammatikalische Variationen der anfangs definierten Abkürzung entsprechend. Und es wird, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, die Messung einer Eigenschaft wird anhand derselben Technik gemessen, wie vorher oder nachher für dieselbe Eigenschaft angegeben ist.
Es versteht sich ferner, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen und Verfahren beschränkt ist, die im Folgenden beschrieben werden, da bestimmte Komponenten und/oder Bedingungen natürlich variieren können. Des Weiteren dient die hierin verwendete Terminologie nur zum Zweck der Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und ist in keiner Weise als einschränkend zu verstehen.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass, wie in der Spezifikation und den angehängten Patentansprüchen verwendet, die Singularformen „ein/e“ und „der/die/das“ auch die Pluralverweise umfassen, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor. Der Verweis auf eine Komponente im Singular soll beispielsweise eine Vielzahl von Komponenten umfassen.
Der Begriff „umfassend“ ist gleichbedeutend mit „beinhaltend“, „aufweisend“, „enthaltend“ oder „gekennzeichnet durch“. Diese Begriffe sind einschließlich und offen auszulegen, und schließen zusätzliche ungenannte Elemente oder Verfahrensschritte nicht aus.
Der Ausdruck „bestehend aus“ schließt jedes Element, jeden Schritt oder Bestandteil aus, der nicht in dem Anspruch spezifiziert ist. Wenn dieser Ausdruck in einem Abschnitt des Hebekörpers 14 eines Anspruchs erscheint, anstatt sofort nach der Einleitung zu folgen, begrenzt er nur das Element, das in dem Abschnitt beschrieben ist; wobei andere Elemente nicht vom Anspruch insgesamt ausgeschlossen werden.
Der Ausdruck „im Wesentlichen bestehend aus“ begrenzt den Umfang eines Anspruchs auf die angegebenen Materialien oder Schritte, plus denjenigen, die nicht erheblich die Grund- und neuartigen Merkmal(e) des beanspruchten Gegenstands beeinflussen.
Die Begriffe „umfassend“, „bestehend aus“ und „im Wesentlichen bestehend aus“ können alternativ verwendeten werden. Wo einer von diesen drei Begriffen verwendet wird, kann der vorliegend offenbarte und beanspruchte Gegenstand die Verwendung eines der anderen beiden Begriffe beinhalten.
Die Begriffe „obere“ und „untere“ können in Bezug auf Bereiche einer einzelnen Komponente verwendet werden und sollen Bereiche im Verhältnis zueinander grob anzeigen, worin der „obere“ Bereich und der „untere“ Bereich zusammen eine einzelne Komponente bilden. Die Begriffe sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie sich ausschließlich auf den vertikalen Abstand/die vertikale Höhe beziehen.
Offenbarungen der Veröffentlichungen, auf die in dieser Anwendung verwiesen wird, gelten durch Bezugnahme in vollem Umfang in diese Anwendung aufgenommen, um den Stand der Technik, auf die sich dies vorliegende Offenbarung bezieht, genauer zu beschreiben.
Die folgende ausführliche Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung oder die Anwendung oder Verwendungen der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen. Darüber hinaus besteht keinerlei Verpflichtung zur Einschränkung auf eine der im vorstehenden Hintergrund oder in der folgenden ausführlichen Beschreibung dargestellten Theorien.
Die folgende ausführliche Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die Erfindung oder die Anwendung und die Verwendungen der Erfindung nicht einschränken. Weiterhin besteht keine Absicht, im vorstehenden technischen Bereich, Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung, an eine ausdrücklich oder implizit vorgestellte Theorie gebunden zu sein.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine vaskuläre Polymeranordnung 10 bereit, worin die Anordnung eine Wärmequelle 12 und ein Gehäuse für die Wärmequelle 12 beinhaltet. Das Gehäuse ist so konfiguriert, dass es die Wärme 20 von der Wärmequelle 12 wegleitet und gleichzeitig die Wärmequelle 12 schützt. Darüber hinaus hat die Polymeranordnung der vorliegenden Offenbarung das Gewicht und die Komponenten im Vergleich zu herkömmlichen Kühlmittelplatten, die für Wärmequellen wie Hochleistungs-Elektronikmodul/-platinen 102 oder dergleichen verwendet werden, reduziert. Es versteht sich jedoch, dass in Bezug auf alle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Wärmequelle 12 als jede angetriebene Komponente zu verstehen ist, die Wärme erzeugt, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf, ein Hochleistungs-Elektronikmodul, eine Motorkomponente (wie, jedoch nicht beschränkt auf einen Stator), einen Teil einer Motorkomponente (wie, jedoch nicht beschränkt auf Enden von Statorwicklungen) oder mindestens einen Teil eines Verbrennungsmotors (wie, jedoch nicht beschränkt auf einen Zylinderkopf). In dem nicht-einschränkenden Beispiel, in dem die Wärmequelle 12 in Form eines leistungsstarken Elektronikmoduls 12 vorgesehen ist, das anfällig für Wärmeentwicklung 20 ist, kann dieses Modul ein IGBT-Modul oder ein MOSFET für Elektrofahrzeuge sein.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4A-4B ist die erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt, worin eine vaskuläre Polymeranordnung 10 eine Wärmequelle 12, ein Polymersubstrat 14 und einen oder mehrere in dem Polymersubstrat 14 definierte Kanäle 18 beinhalten kann. Der oder die Kanäle 18 sind so konfiguriert, dass sie einen Wärmestrom 20 von der Wärmequelle 12 weg über einen Kanalkühlmittelstrom 22 übertragen, der sich durch die Kanäle 18 bewegt. Das Polymersubstrat 14 der vorliegenden Offenbarung kann konfiguriert werden, um Wärme 20 zu verteilen, einzuschließen und mindestens einen Teil 16 der Wärmequelle 12 zu schützen. Als eine Option können die im Polymersubstrat 14 definierten Kanäle 18, 24 in Fluidverbindung mit der Wärmequelle 12 stehen. In einer weiteren optionalen Erweiterung kann/können der/die Kanal/Kanäle 18, 24, die in Fluidverbindung mit der Wärmequelle 12 stehen, einen vergrößerten Querschnitt 26 in dem Bereich 28 definieren, in dem sich der oder die Kanäle 18, 24 mit der Wärmequelle 12 schneidet. Das Polymersubstrat 14 kann aus einem starren Polymermaterial gebildet werden, wenn das Polymersubstrat 14 die Wärmequelle 12 vollständig umschließt und schützt. In dieser Ausführungsform kann die vaskuläre Polymeranordnung 10 ferner eine innere Stützstruktur 58 beinhalten, die konfiguriert ist, um die Wärmequelle 12 zu tragen. Die innere Stützstruktur 58 kann umschlossen und mit der Wärmequelle 12 innerhalb des Polymersubstrats 14 geschützt werden.
In dieser ersten Ausführungsform ist zu verstehen, dass der/die im Polymersubstrat 14 definierte(n) Kanal/Kanäle 18, sowohl in einem oberen Bereich 60 als auch in einem unteren Bereich 62 des Polymersubstrats 14 bereitgestellt werden können, jedoch nicht notwendigerweise. Als weitere in den 4A und 4B dargestellte Option kann ein oberer Wärmeverteiler 64 angrenzend an einen oder mehrere Kanäle 18, 21 angeordnet werden, die in einem oberen Bereich 60 des Polymersubstrats 14 definiert sind, während ein unterer Wärmeverteiler 68 auch angrenzend an den oder die Kanäle 18, 19 angeordnet sein kann, die in einem unteren Bereich 62 des Polymersubstrats 14 definiert sind. Unter Bezugnahme auf 6B kann das Opfermaterial 110 mechanisch am Wärmeverteiler 64, 66 vor der Wärmequelle 12, dem Wärmeverteiler 64, 66 befestigt werden, und das Opfermaterial wird in die Form eingebracht. Nichtsdestotrotz kann in Bezug auf diese erste Ausführungsform (unabhängig davon, ob innerhalb des Substrats 14 Wärmeverteiler 64, 68 implementiert sind) der/die im Polymersubstrat 14 definierten Kanäle 18 auch oder alternativ benachbart zu mindestens einer der ersten Seiten 15 und/oder zweiten Seiten 17 der Wärmequelle 12 definiert sein, die in einem Polymersubstrat eingeschlossen sind, wie in den 9A-9B dargestellt.
In einer zweiten Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, kann die vaskuläre Polymeranordnung 10 eine Wärmequelle 12, ein Polymersubstrat 14 und einen oder mehrere Kanäle 18, die in dem Polymersubstrat 14 definiert sind, zusätzlich zu einer Platte 30 und einem strukturellen (nicht-polymeren) Gehäuse, das auf der Platte 30 angeordnet ist, beinhalten. Die Platte 30 kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Metall, ein Material auf Keramikbasis, ein spritzgegossenes Polymer oder ein gegossenes Polymer (das ein hochgefüllter Thermoplast sein kann oder auch nicht). Das strukturelle (nichtpolymere) Gehäuse ist konfiguriert auf und trägt die Wärmequelle 12 und das Polymersubstrat 14. Die Platte 30 kann weiterhin einen Plattenkühlmittelkanal 32 definieren. Der Plattenkühlmittelkanal 32, die Platte 30 und das Strukturgehäuse 34 sind konfiguriert, um Wärme 20 von einer Unterseite 36 der Wärmequelle 12 über einen „Plattenkühlmittelstrom“ 38 zu verteilen, der durch den Plattenkühlmittelkanal 32 bewegt wird, während die Kanäle 18 im Polymersubstrat 14 konfiguriert sind, um Wärme 20 von einer Oberseite 40 der Wärmequelle 12 über einen Kanalkühlmittelstrom 22, der sich durch die Kanäle 18 bewegt, abzuführen. Es versteht sich, dass der Plattenkühlmittelstrom 38 definiert ist als das Kühlmittel, das durch die Platte 30 strömt. Wie in den 7A-7B und 8A-8B dargestellt, können die im Polymersubstrat 14 definierten Kanäle 18, 24 in Fluidverbindung mit der Wärmequelle 12 stehen. Als weitere optionale Erweiterung kann/können der/die Kanal/Kanäle 18, 24 (die in Fluidverbindung mit der Wärmequelle 12 stehen) ferner einen vergrößerten Querschnitt 26 in dem Bereich definieren, in dem sich der Kanal 18 mit der Wärmequelle 12 schneidet, wie in den 8A-8B dargestellt.
In der in 5 dargestellten Ausführungsform, die eine Platte 30 und ein Strukturgehäuse 34 implementiert, kann das Polymersubstrat 14 durch ein flexibles Polymer 42 gebildet werden. Das flexible Polymer 42 ist im Vergleich zum Strukturgehäuse 34 weniger starr. Das flexible Polymer 42 definiert eine Gebrauchstemperatur, die deutlich über einer Glasübergangstemperatur liegt. Das flexible Polymermaterial 42, das im Polymersubstrat 14 verwendet wird, kann, jedoch nicht notwendigerweise, eines aus einem Gummi 50, einem Silikon 52 oder einem Elastomer 52 sein.
In einer dritten Ausführungsform der in 6 dargestellten vorliegenden Offenbarung kann anstelle eines Strukturgehäuses 34 und der Platte 30 ein strukturelles Polymergehäuse 44 verwendet werden (siehe 5). In dieser dritten Ausführungsform beinhaltet die vaskuläre Polymeranordnung 10 eine Wärmequelle 12, ein Polymersubstrat 14 und einen oder mehrere Kanäle 18, die in dem Polymersubstrat 14 und einem strukturellen Polymergehäuse 44 definiert sind. Das strukturelle Polymergehäuse 44 trägt, wie bereits beschrieben, ebenfalls die Wärmequelle 12 und das Polymersubstrat 14. Das strukturelle Polymergehäuse 44 erübrigt jedoch die Verwendung einer Platte 30 mit einem Plattenkühlmittelkanal 32, da das strukturelle Polymergehäuse 44 auch einen oder mehrere untere Kühlmittelkanäle 47 definiert, die konfiguriert sind, um einen Wärmestrom 20 von einer Unterseite 36 der Wärmequelle 12 über einen unteren Kühlmittelstrom 48, 22, der durch den oder die unteren Kühlmittelkanäle 47 verläuft, wegzuleiten. Der oder die im oberen Bereich 60 definierten Kühlmittelkanäle 18 können alternativ als oberer Kühlmittelkanal 21 bezeichnet werden. Das strukturelle Polymergehäuse 44 kann aus einem Strukturpolymer 56 gebildet werden, das sich in einem glasartigen Zustand befindet, sodass die Betriebstemperatur des Strukturpolymers unter einer Glasübergangstemperatur liegt. Das für das strukturelle Polymergehäuse 44 verwendete Material 56 kann, muss aber nicht notwendigerweise, eines von einem Epoxid 72, einem Polyurethan 74, einem Polyimid 76, einem Polypropylen 78 oder einem Nylon 80 sein. Es versteht sich auch, dass das Polymersubstrat 14 von 6 aus einem flexiblen Polymer 42 gebildet ist, wodurch das Polymersubstrat 14 im Vergleich zum Strukturgehäuse 34 weniger starr ist. Das flexible Polymer ist im Vergleich zur Steifigkeit des Strukturgehäuses 34 weniger starr.
Unter Bezugnahme nun auf 11 sieht die vorliegende Offenbarung auch ein Verfahren 82 zur Herstellung einer vaskulären Polymeranordnung 10 vor, welche die folgenden Schritte beinhalten kann: (1) Bereitstellen einer Wärmequelle 12; Schritt 84 (2) Umhüllen der Wärmequelle 12 mit einem Opfermaterial 110; Schritt 86 (3) Platzieren der Wärmequelle 12 umhüllt mit dem Opfermaterial 110 in einer Form; Schritt 88 (4) Füllen der Form mit einem Polymermaterial, worin das Polymermaterial mindestens einen Abschnitt 16 der Wärmequelle 12 und das Opfermaterial 110 umschließt; Schritt 90 (5) Härten des Polymermaterials in der Form, wodurch ein umhülltes Produkt erzeugt wird; Schritt 92 (6) Entfernen des umhüllten Produkts aus der Form; Schritt 94 und (7) Entfernen des in der Form angeordneten Opfermaterials 110 und Definieren eines Kanals 18. Schritt 96 Das Verfahren 82 kann optional weiterhin einen oder mehrere der folgenden Schritte beinhalten: den Schritt des Bereitstellens eines Kanalkühlmittelstroms 22 durch die Kanäle 18; Schritt 98 und den Schritt des Anordnens der Wärmequelle 12 in einem Strukturgehäuse 34 und des gemeinsamen Platzierens der Wärmequelle 12 und des Strukturgehäuses 34 in der Form. Schritt 100. Die in dem vorgenannten Herstellungsverfahren implementierte Wärmequelle 12 kann, muss jedoch nicht notwendigerweise, ein Elektronikmodul 102, ein Stator 104 oder ein Teil eines Stators 106 sein.
Es versteht sich, dass der Schritt des Füllens der Form mit dem Polymermaterial durch ein Dual-Shot-Spritzgussverfahren durchgeführt werden kann, jedoch nicht notwendigerweise durchgeführt werden muss, worin ein Strukturpolymer 56 in mindestens einem unteren Bereich 62 der Form unterhalb der Wärmequelle 12 und ein flexibles Polymer 42 in mindestens einem oberen Bereich 60 der Form oberhalb der Wärmequelle 12 vorgesehen ist. Alternativ kann der Schritt des Füllens der Form mit dem Polymermaterial, jedoch nicht notwendigerweise, durch ein einzelnes Spritzgussverfahren durchgeführt werden, worin die Form mit einem Strukturpolymer 56 gefüllt ist.
Bezugnehmend auf den Schritt des Umhüllens der Wärmequelle 12 in das Opfermaterial 110 versteht es sich, dass dieser Schritt auf verschiedene Weise durchgeführt werden kann. Ein exemplarisches Verfahren zum Umhüllen der Wärmequelle 12 besteht darin, nur eine Oberseite 40 der Wärmequelle 12 mit dem Opfermaterial 110 zu umhüllen. Ein weiteres, nicht einschränkendes exemplarisches Verfahren zum Umhüllen der Wärmequelle 12 beinhaltet das Umhüllen der Wärmequelle 12 in ein Opfermaterial 110, worin sowohl eine Oberseite 40 als auch eine Unterseite 36 der Wärmequelle 12 umhüllt sind. Mit Bezug auf den Schritt des Entfernens des Opfermaterials 110 versteht es sich, dass das Opfermaterial 110 auf verschiedene Weise entfernt werden kann. Ein Beispiel dafür ist in der anhängigen Patentanmeldung Nr. 15/829051 offenbart, deren Gesamtheit hierin durch Verweis aufgenommen ist.
In einem Beispiel kann das Opfermaterial 110 direkt an das Substrat angeformt werden, sodass das Opfermaterial 110 zumindest teilweise innerhalb des Substrats angeordnet ist. So kann beispielsweise nach dem Formen ein Großteil des Opfermaterials 110 vollständig innerhalb des Substrats angeordnet sein, um die Bildung von Durchgangslöchern zu erleichtern. Jedoch sollte mindestens ein Teil des Opfermaterials 110 außerhalb des Substrats angeordnet sein, um zu ermöglichen, dass es, wie nachstehend erläutert, gezündet wird.
Darüber hinaus kann bei diesem Verfahrensschritt, der das Opfermaterial 110 entfernt, das Opfermaterial 110, jedoch nicht notwendigerweise, einen brennbaren Kern 140 und eine den brennbaren Kern umgebende Schutzhülle 142 beinhalten. Der brennbare Kern ermöglicht eine schnelle Deflagration, jedoch keine Detonation. Die während des Abbaus erzeugte Wärme wird schnell genug dissipiert, um eine Beschädigung des Substrats zu verhindern. Nach der Deflagration erzeugt der brennbare Kern leicht zu entfernende Nebenprodukte, wie feinpulverförmige und große gasförmige Komponenten. Es ist vorgesehen, dass der brennbare Kern selbstoxidieren sein kann, um in einem kleinen Durchmesser entlang langer Kanäle zu verbrennen. Der brennbare Kern ist auch gegenüber Formdrücken beständig. Weiterhin ist der brennbare Kern während der Herstellung lagerbeständig und stabil (d. h. der Flammpunkt ist größer als die Herstellungs- oder Verarbeitungstemperatur). Der Begriff „Flammpunkt“ bezeichnet die niedrigste Temperatur, bei der sich Dämpfe eines brennbaren Materials entzünden, wenn eine Zündquelle gegeben wird. Das Opfermaterial 110 wird bei einer Verarbeitungstemperatur, die unter dem Flammpunkt des brennbaren Materials liegt, direkt auf das Substrat geformt, um eine Deflagration während des Herstellungsprozesses zu vermeiden. Der Begriff „Verarbeitungstemperatur“ bezeichnet eine Temperatur, die zur Durchführung eines Herstellungsvorgangs erforderlich ist, wie beispielsweise Formen oder Gießen. So kann beispielsweise die Verarbeitungstemperatur die Schmelztemperatur des Materials sein, die das Substrat bildet (d. h. die Schmelztemperatur des Polymerharzes, das das Substrat bildet). Der brennbare Kern besteht ganz oder teilweise aus einem brennbaren Material.
Um die oben erwähnten gewünschten Eigenschaften zu erzielen, kann das brennbare Material ein Schwarzpulver sein (d. h. ein Gemisch aus Schwefel, Holzkohle und Kaliumnitrat). Um die oben erwähnte gewünschten Eigenschaften zu erzielen, kann das brennbare Material alternativ oder zusätzlich Pentaerythritoltetranitrat, brennbare Metalle, brennbare Oxide, Thermien, Nitrocellulose, Pyrocellulose, Flammpulver und/oder rauchloses Pulver sein. Nicht brennbare Materialien könnten dem brennbaren Kern hinzugefügt werden, um die Geschwindigkeit und die Wärmeerzeugung abzustimmen. Zur Abstimmung der Geschwindigkeit und der Wärmeerzeugung beinhalten geeignete nicht-brennbare Materialien für den brennbaren Kern Glasperlen, Glasblasen und/oder Polymerpartikel, ohne darauf beschränkt zu sein.
Die Schutzhülle besteht aus einem Schutzmaterial, das ein unlösliches Material in brennbarem Harz (z. B. Epoxidharz, Polyurethan, Polyester, unter anderen) sein kann, um während der Herstellung lagerbeständig und stabil zu sein. Außerdem ist dieses Schutzmaterial undurchlässig für Harz und Feuchtigkeit. Das Schutzmaterial weist eine ausreichende strukturelle Stabilität auf, um in ein Fasertextilierungs- und Vorformverfahren integriert zu werden. Das Schutzmaterial weist eine ausreichende Festigkeit und Flexibilität auf, um das Faservorformverfahren zu überleben. Um die oben genannten wünschenswerten Eigenschaften zu erreichen, kann das Schutzmaterial beispielsweise geflochtenes Fasermaterial, wie Glasfasern, Aramidfasern, Kohlefasern und/oder Naturfasern beinhalten, die mit einem Infusionsmaterial, wie einem Polymer oder Wachs, Öl, einer Kombination davon oder einem ähnlichen Material, infundiert sind. Um die oben erwähnten erwünschten Eigenschaften zu erreichen, kann das infundierte Polymere beispielsweise Polyimid, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphthalamid (PPA), Polyamide (PA), Polypropylen, Nitrocellulose, Phenol, Polyester, Epoxy Polymilchsäure, Bismaleimide, Silikon, Acrylnitrilbutadienstyrol, Polyethylen, Polycarbonat, Elastomere, Polyurethan, Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS) oder eine Kombination derselben, oder einen beliebigen geeigneten Kunststoff beinhalten. Geeignete Elastomere beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, natürliches Polyisopren, synthetisches Polyisopren, Polybutadien (BR), Chloroprenkautschuk 50 (CR), Butylkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk, Nitrilkautschuk, Ethylenpropylenkautschuk, Epichlorhydrinkautschuk (ECO), Polyacrylkautschuk, Fluorsilikonkautschuk, Perfluorelastomere, Polyetherblockamide, chlorsulfoniertes Polyethylen, Ethylenvinylacetat, Schellackharz, Nitrocelluloselack, Epoxyharz, Alkyd, Polyurethan usw.
In einem exemplarischen Verfahrensschritt zum Entfernen des Opfermaterials 110 kann das Opfermaterial 110 so entzündet werden, dass eine Flamme in direkten Kontakt mit dem Opfermaterial 110 gebracht werden kann, um eine Zündung I zu bewirken. Die Zündung I bewirkt eine Deflagration des Opfermaterials 110. Deflagration wandelt das feste Opfermaterial 110 in gasförmige und Feinpulvernebenprodukte um. Folglich wird ein Kanal im Substrat gebildet. Das Opfermaterial 110 kann zylindrisch sein, um den Kanal mit einer zylindrischen Form auszubilden. Das Opfermaterial 110 kann alternativ andere Formen aufweisen, wie dreieckig, elliptisch, quadratisch usw. Das Opfermaterial 110 kann sich vor der Zündung I durch die gesamte Länge des Substrats erstrecken, sodass sich der Kanal nach der Deflagration durch die gesamte Länge des Substrats erstreckt.
Nach der Deflagration kann der Kanal gereinigt werden, um Nebenprodukte der Deflagration des Opfermaterials 110 zu entfernen. Zu diesem Zweck kann eine Flüssigkeit W, wie beispielsweise Wasser, in den Kanal des Polymersubstrats 14 eingeführt werden, um Nebenprodukte der Deflagration des Opfermaterials 110 zu entfernen. Ein Gas, wie beispielsweise Luft, kann alternativ oder zusätzlich in den Kanal geschossen werden, um Nebenprodukte der Deflagration des Opfermaterials 110 zu entfernen. Es versteht sich, dass dies nur eine von vielen Möglichkeiten zum Entfernen des Opfermaterials 110 vom Polymersubstrat 14 ist. Weitere Beispiele finden sich in der Patentanmeldung Nr. 15/829051, die hierin durch Verweis aufgenommen ist.
Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung zur Herstellung einer vaskulären Polymeranordnung 10 kann mit einer Vielzahl von angetriebenen Vorrichtungen, wie beispielsweise einer Elektronikplatine, einer Motorkomponente (wie beispielsweise einem Stator oder Rotor, jedoch nicht beschränkt auf diese), einem Abschnitt einer Motorkomponente, einer Motorsteuereinheit, einem Abschnitt eines Verbrennungsmotors oder einem Touchscreen auf einem Instrument implementiert werden.
Während mindestens eine exemplarische Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt wurde, versteht es sich, dass es eine große Anzahl an Varianten gibt. Es versteht sich weiterhin, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration dieser Offenbarung in keiner Weise einschränken sollen. Die vorstehende ausführliche Beschreibung stellt Fachleuten auf dem Gebiet vielmehr einen zweckmäßigen Plan zur Implementierung der exemplarischen Ausführungsform bzw. der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung. Es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen aufgeführt ist, abzuweichen.

Claims

Vaskuläre Polymeranordnung, umfassend: eine Wärmequelle; ein Polymersubstrat, das konfiguriert ist, um mindestens einen Teil der Wärmequelle zu umschließen und zu schützen; und einen Kanal, der in dem Polymersubstrat definiert ist, das so konfiguriert ist, dass es einen Wärmestrom von der Wärmequelle weg über einen Kanalkühlmittelstrom überträgt.
Vaskuläre Polymeranordnung nach Anspruch 1, worin der Kanal in Fluidverbindung mit der Wärmequelle steht.
Vaskuläre Polymeranordnung nach Anspruch 2, worin der Kanal in Fluidverbindung mit der Wärmequelle steht und einen vergrößerten Querschnitt in einem Bereich definiert, in dem sich der Kanal mit der Wärmequelle schneidet.
Vaskuläre Polymeranordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Platte, die einen Plattenkühlmittelkanal definiert; und ein Strukturgehäuse, das auf der Platte angeordnet ist; worin das Strukturgehäuse konfiguriert ist, um das Polymersubstrat und die Wärmequelle zu tragen.
Vaskuläre Polymeranordnung nach Anspruch 4, worin die Platte und der Kühlmittelkanal konfiguriert sind, um Wärme von einer Unterseite der Wärmequelle über einen Plattenkühlmittelstrom weg zu leiten, während der Kanal im Polymersubstrat konfiguriert ist, um Wärme von einer Oberseite der Wärmequelle über den Kanalkühlmittelstrom weg zu übertragen.
Vaskuläre Polymeranordnung nach Anspruch 5, worin das Polymersubstrat ein flexibles Polymer ist, sodass das Polymersubstrat im Vergleich zum Strukturgehäuse weniger starr ist.
Vaskuläre Polymeranordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein strukturelles Polymergehäuse, das die Wärmequelle und das Polymersubstrat trägt, wobei das strukturelle Polymergehäuse einen unteren Kühlmittelkanal definiert, der konfiguriert ist, um Wärme von einer Unterseite der Wärmequelle über einen niedrigeren Kühlmittelstrom abzuführen.
Vaskuläre Polymeranordnung nach Anspruch 1, worin das Polymersubstrat konfiguriert ist, um die Wärmequelle vollständig zu umschließen und zu schützen.
Vaskuläre Polymeranordnung nach Anspruch 6, worin das flexible Polymer konfiguriert ist, um oberhalb einer Glasübergangstemperatur zu arbeiten.
Vaskuläre Polymeranordnung nach Anspruch 6, worin das das Polymersubstrat eines aus einem Gummi, einem Silikon und einem Elastomer ist.