DE102019216538A1

DE102019216538A1 - COOLING SYSTEM FOR COOLING A HEAT SOURCE AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH A COOLING SYSTEM

Info

Publication number: DE102019216538A1
Application number: DE102019216538.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Doersam; Matthias Grosschmidt; Sascha Kurt; Manuel Dingeldein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-04-29

Abstract

Es sind ein Kühlsystem (20) zum Kühlen einer Wärmequelle (10) und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kühlsystems (20) bereitgestellt. Das Kühlsystem (20) umfasst mindestens ein Wärmeaufnahmeelement (21 bis 2K) zur Aufnahme von Wärme der Wärmequelle (10) und zur Montage an der Wärmequelle (10), mindestens ein Wärmeleitelement (21 bis 2N) zum Ableiten der Wärme von dem mindestens einen Wärmeaufnahmeelement (21 bis 2N), und mindestens ein Kühlelement (231 bis 23M) zum Abführen der von dem mindestens einen Wärmeleitelement (21 bis 2N) abgeleiteten Wärme, wobei das mindestens eine Wärmeleitelement (21 bis 2N) das mindestens eine Wärmeaufnahmeelement (21 bis 2K) und das mindestens eine Kühlelement (231 bis 23M) derart miteinander verbindet, dass eine mechanisch entkoppelte Wärmeübertragung zwischen dem mindestens einen Wärmeaufnahmeelement (21 bis 2K) und dem mindestens einen Kühlelement (231 bis 23M) realisiert ist.A cooling system (20) for cooling a heat source (10) and a method for producing such a cooling system (20) are provided. The cooling system (20) comprises at least one heat absorbing element (21 to 2K) for absorbing heat from the heat source (10) and for mounting on the heat source (10), at least one heat conducting element (21 to 2N) for dissipating the heat from the at least one heat absorbing element (21 to 2N), and at least one cooling element (231 to 23M) for dissipating the heat dissipated from the at least one heat conducting element (21 to 2N), the at least one heat conducting element (21 to 2N) having the at least one heat absorbing element (21 to 2K) and the at least one cooling element (231 to 23M) connects to one another in such a way that a mechanically decoupled heat transfer is implemented between the at least one heat absorbing element (21 to 2K) and the at least one cooling element (231 to 23M).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem zum Kühlen einer Wärmequelle, wie beispielsweise ein in ein Gehäuse eingebautes elektrisches Gerät, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kühlsystems.The present invention relates to a cooling system for cooling a heat source, such as an electrical device built into a housing, and a method for manufacturing such a cooling system.

Wärmequellen, insbesondere elektrische Geräte oder Klimageräte kommen im Betrieb einer Maschine vor. Die Maschine und/oder elektrische Geräte, wie beispielsweise eine elektrische Schaltung, elektrische Motoren, elektrische Generatoren, usw., werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt, um beispielsweise Verfahren zu steuern, Gegenstände in Bewegung zu versetzen, elektrische Energie zu erzeugen, usw. Hierfür wird das elektrische Gerät im Betrieb von einem elektrischen Strom durchflossen. Dadurch entsteht in dem elektrischen Gerät Wärme.Heat sources, in particular electrical devices or air conditioning units, occur in the operation of a machine. The machine and / or electrical devices, such as an electrical circuit, electrical motors, electrical generators, etc., are used in many areas of technology, for example to control processes, set objects in motion, generate electrical energy, etc. For this purpose, an electrical current flows through the electrical device during operation. This creates heat in the electrical device.

Die im Betrieb der elektrischen Maschine produzierte Wärme verschlechtert mit zunehmender Aufheizung des elektrischen Geräts die Eigenschaften des elektrischen Geräts. Andere Wärmequellen, wie beispielsweise Klimageräte oder Kühlaggregate zum Entwärmen von Raumluft, können ihre Umgebung unerwünscht aufheizen.The heat produced during operation of the electrical machine worsens the properties of the electrical device as the electrical device heats up. Other heat sources, such as air conditioners or cooling units for cooling room air, can heat up their surroundings in an undesired manner.

Daher ist es vorteilhaft, ein Kühlsystem zum Kühlen der jeweiligen Wärmequelle einzusetzen. Ein solches Kühlsystem sollte möglichst kostengünstig für verschiedene Anwendungsfälle herstellbar und effizient im Betrieb sein.It is therefore advantageous to use a cooling system for cooling the respective heat source. Such a cooling system should be as inexpensive as possible to produce for various applications and be efficient in operation.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlsystem zum Kühlen einer Wärmequelle und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kühlsystems bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen ein Kühlsystem zum Kühlen einer Wärmequelle und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kühlsystems bereitgestellt werden, bei denen das Kühlsystem für verschiedene Anwendungsfälle kostengünstig herstellbar und effizient im Betrieb ist.It is therefore the object of the present invention to provide a cooling system for cooling a heat source and a method for producing such a cooling system, with which the aforementioned problems can be solved. In particular, a cooling system for cooling a heat source and a method for producing such a cooling system are to be provided, in which the cooling system can be produced inexpensively for various applications and can be operated efficiently.

Diese Aufgabe wird durch ein Kühlsystem für eine Wärmequelle nach Anspruch 1 gelöst. Das Kühlsystem umfasst mindestens ein Wärmeaufnahmeelement zur Aufnahme von Wärme der Wärmequelle und zur Montage an der Wärmequelle, mindestens ein Wärmeleitelement zum Ableiten der Wärme von dem mindestens einen Wärmeaufnahmeelement, und mindestens ein Kühlelement zum Abführen der von dem mindestens einen Wärmeleitelement abgeleiteten Wärme, wobei das mindestens eine Wärmeleitelement das mindestens eine Wärmeaufnahmeelement und das mindestens eine Kühlelement derart miteinander verbindet, dass eine mechanisch entkoppelte Wärmeübertragung zwischen dem mindestens einen Wärmeaufnahmeelement und dem mindestens einen Kühlelement realisiert ist.This object is achieved by a cooling system for a heat source according to claim 1. The cooling system comprises at least one heat absorbing element for absorbing heat from the heat source and for mounting on the heat source, at least one heat conduction element for dissipating the heat from the at least one heat absorbing element, and at least one cooling element for dissipating the heat dissipated by the at least one heat conduction element, the at least a heat conducting element connects the at least one heat absorbing element and the at least one cooling element to one another in such a way that a mechanically decoupled heat transfer is implemented between the at least one heat absorbing element and the at least one cooling element.

Das Kühlsystem bietet den großen Vorteil, dass eine Abfuhr von Wärme der Wärmequelle sehr effektiv mit mechanisch entkoppelten Elementen erfolgen kann. Dadurch wird mit dem Kühlsystem ein Wärmeabtransport, beispielsweise zum Gehäuseäußeren, ohne mechanische Kopplung ermöglicht. Als Folge davon ist eine flexible Wärmeleitung ohne Kraftübertragung zwischen Warm- und Kaltseite geschaffen. Dies eröffnet die Option, das Kühlsystem bei Anwendungen mit Toleranzeinschränkungen oder für bruchgefährdete Wärmequellen / Bausteine einzusetzen. Derartige Wärmequellen oder Bausteine sind beispielsweise sehr platzsparend aufgebaute Kugelgitteranordnungen, die auch als BGAs bekannt sind. BGAs sind eine spezielle Gehäuseform von Integrierten Schaltungen (ICs). Dadurch bietet das beschriebene Kühlsystem große Vorteile im Vergleich zu beispielsweise einer Heatpipe oder Kühlkörpern, die eine mechanische Kopplung mit der Wärmequelle erfordern, wodurch eine ungewollte Kraftübertragung zwischen Warm- und Kaltseite nicht ausschließbar ist.The cooling system offers the great advantage that heat from the heat source can be dissipated very effectively with mechanically decoupled elements. This enables heat to be dissipated with the cooling system, for example to the exterior of the housing, without mechanical coupling. As a result, flexible heat conduction is created without power transmission between the hot and cold sides. This opens up the option of using the cooling system for applications with tolerance restrictions or for heat sources / components that are at risk of breakage. Such heat sources or building blocks are, for example, spherical grid arrangements that are designed to save space and are also known as BGAs. BGAs are a special form of integrated circuit (IC) package. As a result, the cooling system described offers great advantages compared to, for example, a heat pipe or heat sinks, which require mechanical coupling with the heat source, which means that undesired power transmission between the hot and cold sides cannot be ruled out.

Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Kühlsystems besteht in seinem passiven Wirkprinzip. Dadurch benötigt das Kühlsystem im Betrieb keine Zufuhr von Energie, um die Kühlfunktion ausüben zu können.Another advantage of the cooling system described is its passive operating principle. As a result, the cooling system does not require any energy to be supplied during operation in order to be able to perform the cooling function.

Darüber hinaus gewährleistet das beschriebene Kühlsystem einen Wärmetransport weg von der Wärmequelle und eine möglichst geringe Erwärmung der direkten Umgebung der Wärmequelle. Dabei ist die Menge des Wärmeabtransports durch den modularen Aufbau des Kühlsystems einfach skalierbar.In addition, the cooling system described ensures a heat transport away from the heat source and the least possible heating of the direct vicinity of the heat source. The amount of heat dissipated is easily scalable thanks to the modular structure of the cooling system.

Noch dazu bietet das beschriebene Kühlsystem eine hohe Effizienz, da durch den Einsatz von pyrolytischen Graphitfolien eine sehr hohe Wärmeableitfähigkeit sichergestellt wird.In addition, the cooling system described offers high efficiency, since the use of pyrolytic graphite foils ensures a very high heat dissipation capability.

Vorteilhaft an dem beschriebenen Kühlsystem ist zudem, dass die Kühlleistung des Kühlsystems unabhängig von dem Einbauort bzw. der Lage bzw. Position im Betrieb des Kühlsystems ist. Dies unterscheidet das beschriebene Kühlsystem deutlich von beispielsweise einer Heatpipe oder Kühlkörpern, deren Kühlleistung im Gegensatz zu dem beschriebenen Kühlsystem je nach Einbauort bzw. Lage schwerkraftabhängig ist.Another advantage of the cooling system described is that the cooling performance of the cooling system is independent of the installation location or the location or position during operation of the cooling system. This clearly distinguishes the described cooling system from, for example, a heat pipe or heat sinks, the cooling capacity of which, in contrast to the cooling system described, is dependent on the force of gravity depending on the installation location or location.

Dadurch ist das Kühlsystem für eine Vielzahl von verschiedenen Anwendungsfällen geeignet. Dies ermöglicht eine sehr flexible Nutzung des Kühlsystems.This makes the cooling system suitable for a variety of different applications. This enables a very flexible use of the cooling system.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Kühlsystems sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous further refinements of the cooling system are given in the dependent claims.

Das mindestens eine Wärmeleitelement kann ein flexibel biegbares Element sein.The at least one heat-conducting element can be a flexibly bendable element.

Möglicherweise ist ein Ende des mindestens einen Wärmeleitelements zwischen zwei Wärmeaufnahmeelementen angeordnet, wobei ein anderes Ende des mindestens einen Wärmeleitelements zwischen zwei Kühlelementen angeordnet ist.One end of the at least one heat conducting element may be arranged between two heat absorption elements, another end of the at least one heat conducting element being arranged between two cooling elements.

Optional ist das mindestens eine Wärmeleitelement eine Graphitfolie.Optionally, the at least one heat-conducting element is a graphite foil.

Gemäß einer Ausgestaltung weist das mindestens eine Wärmeaufnahmeelement ein Metall oder eine Metalllegierung auf. Das Metall kann Kupfer aufweisen.According to one embodiment, the at least one heat absorbing element has a metal or a metal alloy. The metal can include copper.

Gemäß einer Ausgestaltung weist das mindestens eine Kühlelement ein Metall oder eine Metalllegierung auf.According to one embodiment, the at least one cooling element has a metal or a metal alloy.

Das Metall kann Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisen.The metal can comprise aluminum or an aluminum alloy.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind mindestens zwei Wärmeaufnahmeelemente mit mindestens einem Befestigungselement verbunden, wobei mindestens zwei Kühlelemente mit mindestens einem Befestigungselement verbunden sind.According to one embodiment, at least two heat absorption elements are connected to at least one fastening element, at least two cooling elements being connected to at least one fastening element.

Denkbar ist, dass das mindestens eine Kühlelement mindestens eine Finne aufweist, die von dem mindestens einen Wärmeaufnahmeelement abgewandt montiert ist, wobei jedes Wärmeleitelement eine Finne kontaktiert.It is conceivable that the at least one cooling element has at least one fin which is mounted facing away from the at least one heat absorbing element, each heat conducting element making contact with a fin.

Mindestens ein zuvor beschriebenes Kühlsystem kann Teil einer Anlage sein, die mindestens eine Wärmequelle aufweist. Hierbei kann das mindestens eine Kühlsystem zur Kühlung der mindestens einen Wärmequelle im Betrieb der Anlage vorgesehen und ausgestaltet sein. Hierbei kann die mindestens eine Wärmequelle eine Kugelgitteranordnung sein, die mindestens eine integrierte Schaltung aufweist.At least one cooling system described above can be part of a system that has at least one heat source. Here, the at least one cooling system can be provided and designed for cooling the at least one heat source during operation of the system. Here, the at least one heat source can be a ball grid arrangement which has at least one integrated circuit.

Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlsystems zum Kühlen einer Wärmequelle nach Anspruch 13 gelöst. Das Verfahren hat die Schritte: Verbinden mindestens eines Wärmeaufnahmeelements, das zur Aufnahme von Wärme der Wärmequelle und zur Montage an der Wärmequelle vorgesehen ist, mit mindestens einem Wärmeleitelement, das zum Ableiten der Wärme von dem mindestens einen Wärmeaufnahmeelement vorgesehen ist, und Verbinden des mindestens einen Wärmeleitelements mit mindestens einem Kühlelement, das zum Abführen der von dem mindestens einen Wärmeleitelement abgeleiteten Wärme vorgesehen ist, wobei das mindestens eine Wärmeleitelement das mindestens eine Wärmeaufnahmeelement und das mindestens eine Kühlelement derart miteinander verbindet, dass eine mechanisch entkoppelte Wärmeübertragung zwischen dem mindestens einen Wärmeaufnahmeelement und dem mindestens einen Kühlelement realisiert ist.The object is also achieved by a method for producing a cooling system for cooling a heat source according to claim 13. The method has the steps of: connecting at least one heat absorbing element, which is provided for absorbing heat from the heat source and for mounting on the heat source, to at least one heat conducting element, which is provided for dissipating the heat from the at least one heat absorbing element, and connecting the at least one Heat conducting element with at least one cooling element, which is provided for dissipating the heat dissipated by the at least one heat conducting element, the at least one heat conducting element connecting the at least one heat absorbing element and the at least one cooling element to one another in such a way that a mechanically decoupled heat transfer between the at least one heat absorbing element and the at least one cooling element is realized.

Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf das Kühlsystem genannt sind.The method achieves the same advantages as mentioned above with regard to the cooling system.

Noch dazu ist es vorteilhaft, dass das Verfahren zur Herstellung des Kühlsystems in einem vollautomatisierten Ablauf konfigurierbar und ausführbar ist. Dadurch ist das Verfahren sehr kostengünstig und schnell ausführbar. Zudem werden die Kosten dadurch gesenkt, dass in einem vollautomatisierten Ablauf die Fehler durch menschliches Versagen minimiert werden können.In addition, it is advantageous that the method for producing the cooling system can be configured and executed in a fully automated sequence. As a result, the method can be carried out very inexpensively and quickly. In addition, costs are reduced by the fact that errors caused by human error can be minimized in a fully automated process.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich des Ausführungsbeispiels beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.Further possible implementations of the invention also include combinations, not explicitly mentioned, of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiment. The person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.

Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Anlage mit einer Wärmequelle, an die ein Kühlsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel montiert ist; und
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des Kühlsystems von 1.

The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings and with the aid of exemplary embodiments. Show it:

1 a simplified schematic view of a system with a heat source on which a cooling system according to a first embodiment is mounted; and
2 FIG. 3 is a flow diagram of a method of manufacturing the cooling system of FIG 1 .

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols unless otherwise specified.

1 zeigt sehr schematisch eine Anlage 1 mit einer Wärmequelle 10 und einem Kühlsystem 20. Die Wärmequelle 10 kann ein elektrisches Gerät sein, insbesondere eine elektrische Platine oder Leiterkarte für eine Steuereinrichtung oder Schalteinrichtung oder ein Kühlaggregat oder eine elektrische Maschine. Als Wärmequelle 10 ist jedes Teil anzusehen, das Wärme entwickelt, die von der Wärmequelle 10 und/oder deren Umgebung abgeleitet werden soll. 1 shows a system very schematically 1 with a heat source 10 and a cooling system 20th . The heat source 10 can be an electrical device, in particular an electrical circuit board or printed circuit board for a control device or switching device or a cooling unit or an electrical machine. As a heat source 10 consider any part that develops heat from the heat source 10 and / or their surroundings are to be derived.

Die Wärmequelle 10 kann in ein Gehäuse eingebaut sein. Dabei kann die Anlage 1 das Gehäuse bilden oder aufweisen. Alternativ ist die Anlage 1 eine Maschine, in der die Wärmequelle 10 eingebaut ist. Insbesondere ist die Anlage 1 eine Transporteinrichtung zum Transport eines Gegenstands. Alternativ weist die Anlage 1 mindestens eine solche Transporteinrichtung auf. Die Transporteinrichtung ist beispielsweise ein Roboter, der mehr als eine Wärmequelle 10 aufweist, ein Transportband, usw. Insbesondere ist die Anlage 1 eine Bewegungsvorrichtung zum Bewegen eines Werkstücks und/oder eines Werkzeugs zur Bearbeitung des Werkstücks. Die Anlage 1 kann alternativ ein Mischwerk sein. Weiter alternativ kann die Anlage 1 eine Schleuder sein. Weiter alternativ kann die Anlage 1 eine Rechenanlage, insbesondere ein Personalcomputer, ein Server, usw., sein. Es sind beliebige andere Anwendungsmöglichkeiten für die Anlage 1 denkbar.The heat source 10 can be built into a housing. The system can 1 form or have the housing. Alternatively, the plant 1 a machine in which the heat source 10 is built in. In particular, the facility is 1 a transport device for transporting an object. Alternatively, the plant 1 at least one such transport device. The transport device is, for example, a robot that has more than one heat source 10 has, a conveyor belt, etc. In particular, the system 1 a moving device for moving a workpiece and / or a tool for machining the workpiece. The attachment 1 can alternatively be a mixer. Alternatively, the system 1 be a slingshot. Alternatively, the system 1 a computing system, in particular a personal computer, a server, etc., be. There are any other possible uses for the system 1 conceivable.

Die Steuereinrichtung oder Schalteinrichtung kann beispielsweise die Geschwindigkeit und/oder die Position einer elektrischen Maschine steuern. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinrichtung oder Schalteinrichtung in einem Personalcomputer oder einem sonstigen elektrischen Gerät oder einer sonstigen Maschine eingebaut.The control device or switching device can, for example, control the speed and / or the position of an electrical machine. Alternatively or additionally, the control device or switching device is built into a personal computer or some other electrical device or other machine.

Die elektrische Maschine kann als eine Rotationsmaschine ausgeführt sein, die ein Anlagenelement in eine Rotation um eine Achse der elektrischen Maschine bewegen kann. Es ist jedoch nicht zwingend, dass die elektrische Maschine eine Rotationsmaschine ist. Die elektrische Maschine kann stattdessen eine Linearmaschine sein, welche das Anlagenelement in eine lineare Bewegung antreibt und somit bewegt. Die lineare Bewegung kann eine Translation sein. Die lineare Bewegung kann eine Bewegung in einer Ebene umfassen, die möglicherweise zusätzlich zumindest teilweise eine Bewegung auf einer Kurvenbahn umfasst. Alternativ ist die elektrische Maschine ein Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom aus einer Bewegung eines Anlagenelements.The electrical machine can be designed as a rotary machine that can move a system element in rotation about an axis of the electrical machine. However, it is not essential that the electrical machine is a rotary machine. The electrical machine can instead be a linear machine, which drives the system element in a linear movement and thus moves it. The linear movement can be a translation. The linear movement can comprise a movement in a plane, which possibly additionally at least partially comprises a movement on a curved path. Alternatively, the electrical machine is a generator for generating electrical current from the movement of a system element.

Die elektrische Maschine bzw. die Wärmequelle 10 kann eine Gleichstrommaschine oder eine Wechselstrommaschine sein. Hierbei ist es möglich, dass die Wechselstrommaschine eine einphasige oder eine dreiphasige elektrische Maschine ist.The electrical machine or the heat source 10 can be a DC machine or an AC machine. It is possible here for the alternating current machine to be a single-phase or a three-phase electrical machine.

Das Kühlsystem 20 von 1 hat einen Wärmeaufnahmeblock 21, einen Wärmeleitblock 22 und einen Kühlkörper 23. Das Kühlsystem 20 ist modular aufgebaut, wie nachfolgend beschrieben.The cooling system 20th of 1 has a heat absorption block 21 , a thermal block 22nd and a heat sink 23 . The cooling system 20th has a modular structure, as described below.

Der Wärmeaufnahmeblock 21 hat mindestens ein Wärmeaufnahmeelement 211, 212, 213, 214 bis 21K. Bei dem Beispiel von 1 sind fünf Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K vorhanden. Selbstverständlich ist eine beliebige andere natürliche Zahl als K = 5 wählbar.The heat absorption block 21 has at least one heat absorption element 211 , 212 , 213 , 214 to 21K . In the example of 1 are five heat absorbing elements 211 to 21K available. Any natural number other than K = 5 can of course be selected.

Bei dem Beispiel von 1 haben die Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K jeweils die gleiche Form und Größe. Die Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K können insbesondere Gleichteile sein, so dass keine unterschiedenen Teile vorzuhalten sind. Dadurch ist der Aufwand für die Lagerhaltung minimiert. Die Größe der Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K wird je nach abzuführender Wärme gewählt.In the example of 1 have the heat absorbing elements 211 to 21K each the same shape and size. The heat absorbing elements 211 to 21K can in particular be identical parts, so that no different parts have to be kept available. This minimizes the outlay on storage. The size of the heat absorbing elements 211 to 21K is selected depending on the heat to be dissipated.

Die Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K sind mit mindestens einem Befestigungselement 210 aneinander befestigt. Die Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K sind hierfür in einer Reihe nebeneinander angeordnet. Ganz allgemein sind die Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K derart angeordnet, dass jedes der Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K die Wärmequelle 10 kontaktieren kann. Daher ist es möglich, dass die Form der Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K zumindest teilweise an die Form der Wärmequelle 10 angepasst ist.The heat absorbing elements 211 to 21K come with at least one fastener 210 attached to each other. The heat absorbing elements 211 to 21K are arranged in a row next to each other for this purpose. The heat absorbing elements are quite general 211 to 21K arranged such that each of the heat absorbing elements 211 to 21K the heat source 10 can contact. Therefore, it is possible that the shape of the heat absorbing elements 211 to 21K at least partially to the shape of the heat source 10 is adapted.

Die Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K haben ein wärmeleitfähiges Material, um die Wärme der Wärmequelle 10 aufzunehmen. Die Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K heizen sich somit im Betrieb des Kühlsystems 20 auf. Das Material der Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K ist beispielsweise Metall oder eine Metalllegierung. Das Material der Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K ist insbesondere Kupfer. Selbstverständlich ist mindestens ein anderes wärmeleitfähiges Material verwendbar. Hierbei sind zudem Kombinationen von Materialien möglich.The heat absorbing elements 211 to 21K have a thermally conductive material to keep the heat from the heat source 10 to record. The heat absorbing elements 211 to 21K thus heat up when the cooling system is in operation 20th on. The material of the heat absorbing elements 211 to 21K is for example metal or a metal alloy. The material of the heat absorbing elements 211 to 21K is especially copper. Of course, at least one other thermally conductive material can be used. Combinations of materials are also possible here.

Der Wärmeleitblock 22 hat mindestens ein Wärmeleitelement 221, 222, 223 bis 22M. Somit sind bei dem Beispiel von 1 vier Wärmeleitelemente 221 bis 22M vorhanden. Demzufolge ist M < K, da bei dem Beispiel von 1 ein Wärmeleitelement weniger vorhanden ist als Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K vorhanden sind. Selbstverständlich ist eine beliebige andere natürliche Zahl als M = 4 wählbar.The thermal block 22nd has at least one heat conducting element 221 , 222 , 223 to 22M . Thus, in the example of 1 four heat conducting elements 221 to 22M available. Accordingly, M <K, since in the example of 1 there is one less heat-conducting element than there are heat-absorbing elements 211 to 21K available. Any natural number other than M = 4 can of course be selected.

Bei dem Beispiel von 1 haben die Wärmeleitelemente 221 bis 22M jeweils die gleiche Form und Größe. Die Wärmeleitelemente 221 bis 22M können insbesondere Gleichteile sein, so dass keine unterschiedenen Teile vorzuhalten sind. Dadurch ist der Aufwand für die Lagerhaltung minimiert. Die Größe der Wärmeleitelemente 221 bis 22M wird je nach abzuführender Wärme gewählt. Die Größe der Wärmeleitelemente 221 bis 22M umfasst die Dicke und die Breite der Wärmeleitelemente 221 bis 22M. Hierbei kann die Dicke und/oder die Stärke und/oder die Breite der Wärmeleitelemente 221 bis 22M je nach abzuführender Wärme variiert werden.In the example of 1 have the heat conducting elements 221 to 22M each the same shape and size. The heat conducting elements 221 to 22M can in particular be identical parts, so that no different parts have to be kept available. This minimizes the outlay on storage. The size of the heat conducting elements 221 to 22M is selected depending on the heat to be dissipated. The size of the heat conducting elements 221 to 22M includes the thickness and the width of the heat conducting elements 221 to 22M . Here, the thickness and / or the strength and / or the width of the heat-conducting elements 221 to 22M can be varied depending on the heat to be dissipated.

Die Wärmeleitelemente 221 bis 22M sind als flexibel biegbares Element ausgeführt. Die Wärmeleitelemente 221 bis 22M haben ein flexibles wärmeleitendes Material. Insbesondere ist mindestens eines der Wärmeleitelemente 221 bis 22M als Graphitfolie ausgestaltet. Wie bei dem Beispiel von 1 gezeigt, kann mindestens eines der Wärmeleitelemente 221 bis 22M mehrteilig ausgestaltet sein.The heat conducting elements 221 to 22M are designed as flexibly bendable elements. The heat conducting elements 221 to 22M have a flexible thermally conductive material. In particular, at least one of the heat-conducting elements is 221 to 22M designed as a graphite foil. As with the example of 1 shown, at least one of the heat conducting elements 221 to 22M be designed in several parts.

Das Wärmeleitelement 221 ist mit seinem einen Ende 2211 an mindestens einem der Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K befestigt. An seinem anderen Ende 2212 ist das Wärmeleitelement 221 mit dem Kühlkörper 23 verbunden. Dasselbe gilt für die Wärmeleitelemente 221 bis 22M mit deren Enden 2221 bis 22M1 und 2222 bis 22M2. Der Übersichtlichkeit halber sind in 1 die Enden 2221 und 2231 nicht mit einem Bezugszeichen versehen.The heat conducting element 221 is at its one end 2211 on at least one of the heat absorbing elements 211 to 21K attached. At its other end 2212 is the heat conducting element 221 with the heat sink 23 connected. The same applies to the heat conducting elements 221 to 22M with their ends 2221 to 22M1 and 2222 to 22M2. For the sake of clarity, in 1 the ends 2221 and 2231 not provided with a reference number.

Der Kühlkörper 23 hat mindestens ein Kühlelement 231, 232, 233, 234, 23N. Die Kühlelemente 231 bis 23N sind mit Befestigungsmodulen 230 aneinander befestigt. Die Befestigungsmodule 230 haben Öffnungen 230A zur Aufnahme von Befestigungselementen, die in 1 nicht dargestellt sind. Die Befestigungselemente können insbesondere mindestens eine Schraube aufweisen.The heat sink 23 has at least one cooling element 231 , 232 , 233 , 234 , 23N . The cooling elements 231 to 23N are with mounting modules 230 attached to each other. The fastening modules 230 have openings 230A to accommodate fastening elements that are in 1 are not shown. The fastening elements can in particular have at least one screw.

Bei dem Beispiel von 1 haben die Kühlelemente 231 bis 23N jeweils die gleiche Form und Größe. Die Kühlelemente 231 bis 23N können insbesondere Gleichteile sein, so dass keine unterschiedenen Teile vorzuhalten sind. Dadurch ist der Aufwand für die Lagerhaltung minimiert. Die Größe der Kühlelemente 231 bis 23N wird je nach abzuführender Wärme gewählt.In the example of 1 have the cooling elements 231 to 23N each the same shape and size. The cooling elements 231 to 23N can in particular be identical parts, so that no different parts have to be kept available. This minimizes the outlay on storage. The size of the cooling elements 231 to 23N is selected depending on the heat to be dissipated.

Die Kühlelemente 231 bis 23N haben Finnen 2301, 2311, 2321, 2331, 23N1. Hierbei ist auch das Element 2301 als Finne bezeichnet, auch wenn das Element 2301 Teil eines der Befestigungsmodule 230 ist. Die Finnen 2301, 2311, 2321, 2331, 23N1 ragen aus dem Kühlkörper 23 nach außen aus. Die Finnen 2301, 2311, 2321, 2331, 23N1 sind von dem Teil des Kühlkörpers 23 abgewandt, an denen die Wärmeleitelemente 221 bis 22M befestigt sind. Die Enden der Finnen 2301, 2311, 2321, 2331, 23N1 sind jeweils voneinander beabstandet.The cooling elements 231 to 23N have Finns 2301 , 2311 , 2321 , 2331 , 23N1 . Here is also the element 2301 referred to as a fin, even if the element 2301 Part of one of the mounting modules 230 is. Finns 2301 , 2311 , 2321 , 2331 , 23N1 protrude from the heat sink 23 outward. Finns 2301 , 2311 , 2321 , 2331 , 23N1 are from the part of the heat sink 23 turned away, on which the heat conducting elements 221 to 22M are attached. The ends of the fins 2301 , 2311 , 2321 , 2331 , 23N1 are each spaced apart.

Die Finne 2311 kann einteilig mit einem Grundkörper 2312 gebildet sein. Alternativ sind die Finne 2311 und der Grundkörper 2312 jeweils Einzelteile, die miteinander verbunden sind, beispielsweise durch mindestens eine Steckverbindung oder eine sonstige Kopplungseinrichtung. Die Finnen 2311, 2321, 2331, 23N1 und deren Grundkörper können auf eine der beschriebenen Weisen ausgeführt sein, wie zuvor vor die Finne 2311 und deren Grundkörper 2312 beschrieben. Der Übersichtlichkeit halber ist in 1 nur der Grundkörper 2312 mit einem Bezugszeichen versehen, die Grundkörper der Finnen 2321, 2331, 23N1 jedoch nicht.The Finn 2311 can be made in one piece with a base body 2312 be educated. Alternatively, the Finns 2311 and the main body 2312 each individual parts that are connected to one another, for example by at least one plug connection or some other coupling device. Finns 2311 , 2321 , 2331 , 23N1 and their main body can be designed in one of the ways described, as before the fin 2311 and their basic body 2312 described. For the sake of clarity, in 1 only the main body 2312 provided with a reference number, the base body of the fins 2321 , 2331 , 23N1 However not.

An den Finnen 2301, 2311, 2321, 2331, 23N1 sind die Kühlelemente 231 bis 23N befestigt. Jedes der Kühlelemente 231 bis 23N ist an einer anderen der Finnen 2301, 2311, 2321, 2331, 23N1 befestigt.To the Finn 2301 , 2311 , 2321 , 2331 , 23N1 are the cooling elements 231 to 23N attached. Each of the cooling elements 231 to 23N is on another of the Finns 2301 , 2311 , 2321 , 2331 , 23N1 attached.

Die Kühlelemente 231 bis 23N haben ein wärmeleitfähiges Material, um die Wärme der Wärmequelle 10 möglichst schnell an die Umgebung abzugeben bzw. aus einem Gehäuse herauszuführen. Das Material der Wärmeaufnahmeelemente Kühlelemente 231 bis 23N ist beispielsweise Metall oder eine Metalllegierung. Das Material der Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K ist insbesondere Aluminium. Selbstverständlich ist ein anderes wärmeleitfähiges Material verwendbar. Hierbei sind zudem Kombinationen von Materialien möglich.The cooling elements 231 to 23N have a thermally conductive material to keep the heat from the heat source 10 to be released to the environment as quickly as possible or to lead out of a housing. The material of the heat absorbing elements cooling elements 231 to 23N is for example metal or a metal alloy. The material of the heat absorbing elements 211 to 21K is especially aluminum. Of course, another thermally conductive material can be used. Combinations of materials are also possible here.

Somit ist das Kühlsystem 20 grundsätzlich aus mindestens drei Blöcken aufgebaut, nämlich dem Wärmeaufnahmeblock 21, dem Wärmeleitblock 22 und dem Kühlkörper 23.Thus is the cooling system 20th basically made up of at least three blocks, namely the heat absorption block 21 , the heat conducting block 22nd and the heat sink 23 .

Bei einem Verfahren zum Herstellen des Kühlsystems 20 kann vorgegangen werden, wie nachfolgend in Bezug auf 2 beschrieben.In a method of manufacturing the cooling system 20th can be proceeded as follows in relation to 2 described.

Nach dem Beginn des Verfahrens werden bei einem Schritt S1 ein Wärmeleitelement, beispielsweise das Wärmeleitelement 221 an seinem einen Ende 2211, mit einem der Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K verbunden. Hierbei kann das Wärmeleitelement 221 zusätzlich zwischen zwei benachbarten Wärmeaufnahmeelementen 211 bis 21K eingebracht werden. Dies wird solange wiederholt, bis alle gewünschten Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K und Wärmeleitelemente 221 bis 22M verbunden sind, wie in 1 als Beispiel gezeigt. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S2 weiter.After starting the procedure you will be at a step S1 a heat-conducting element, for example the heat-conducting element 221 at one end 2211 , with one of the heat absorbing elements 211 to 21K connected. Here, the heat conducting element 221 additionally between two adjacent heat absorption elements 211 to 21K be introduced. This is repeated until all the desired heat absorbing elements 211 to 21K and heat conducting elements 221 to 22M connected as in 1 shown as an example. After that, the flow goes to a step S2 further.

Bei dem Schritt S2 wird der Wärmeaufnahmeblock 21 mechanisch gefügt. Das mechanische Fügen kann beispielsweise mittels Schrauben als Befestigungselement 210 erfolgen. Hierfür haben die Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K mindestens eine Durchgangsöffnung, durch die ein Befestigungselement 210 geführt werden kann. Die Durchgangsöffnung kann ein Gewinde für das Befestigungselement 210 aufweisen. Andernfalls wird das Befestigungselement 210 an seinem einen Ende in eine Schraubenmutter geschraubt. Bei dem Beispiel von 1 sind die Wärmeleitelemente 221 bis 22M zwischen den Durchgangsöffnungen angeordnet. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S3 weiter.At the step S2 becomes the heat absorption block 21 mechanically joined. The mechanical joining can be done, for example, by means of screws as a fastening element 210 respectively. The heat absorption elements have for this purpose 211 to 21K at least one through opening through which a fastening element 210 can be performed. The through opening can have a thread for the fastening element 210 exhibit. Otherwise, the fastener 210 screwed into a screw nut at one end. In the example of 1 are the heat conducting elements 221 to 22M arranged between the through openings. After that, the flow goes to a step S3 further.

Bei dem Schritt S3 wird mindestens ein Wärmeleitelement der Wärmeleitelemente 221 bis 22M, beispielsweise das Wärmeleitelement 221 an seinem anderen Ende 2212, mit einer der Finnen 2301, 2311, 2321, 2331, 23N1 verbunden. Somit kontaktiert das Wärmeleitelement 221 mit einem seiner Enden 2212 eine der Finnen 2301, 2311, 2321, 2331, 23N1. Dies wird solange wiederholt, bis alle gewünschten Finnen 2301, 2311, 2321, 2331, 23N1 und Wärmeleitelemente 221 bis 22M verbunden sind, wie in 1 als Beispiel gezeigt. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S4 weiter.At the step S3 becomes at least one heat-conducting element of the heat-conducting elements 221 to 22M , for example the heat conducting element 221 at its other end 2212 , with one of the Finns 2301 , 2311 , 2321 , 2331 , 23N1 connected. The heat-conducting element thus makes contact 221 with one of its ends 2212 one of the Finns 2301 , 2311 , 2321 , 2331 , 23N1 . This is repeated until all fins are desired 2301 , 2311 , 2321 , 2331 , 23N1 and heat conducting elements 221 to 22M connected as in 1 shown as an example. After that, the flow goes to a step S4 further.

Bei dem Schritt S4 werden die Kühlelemente 231 bis 23N zum Kühlkörper 23 mechanisch gefügt. Das mechanische Fügen kann beispielsweise mit Hilfe der Befestigungsmodule 230 erfolgen. Hierfür haben die Kühlelemente 231 bis 23N mindestens eine Durchgangsöffnung, durch die ein Befestigungselement 210 geführt werden kann. Die Durchgangsöffnung kann ein Gewinde für ein Befestigungselement 210 aufweisen. Andernfalls wird das Befestigungselement 210 an seinem einen Ende in eine Schraubenmutter geschraubt. Bei dem Beispiel von 1 sind die Wärmeleitelemente 221 bis 22M zwischen den Durchgangsöffnungen angeordnet. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S5 weiter.At the step S4 become the cooling elements 231 to 23N to the heat sink 23 mechanically joined. The mechanical joining can be done, for example, with the aid of the fastening modules 230 respectively. The cooling elements have for this purpose 231 to 23N at least one through opening through which a fastening element 210 can be performed. The through opening can have a thread for a fastening element 210 exhibit. Otherwise, the fastener 210 screwed into a screw nut at one end. In the example of 1 are the heat conducting elements 221 to 22M arranged between the through openings. After that, the flow goes to a step S5 further.

Bei dem Schritt S5 wird das Kühlsystem 20 an der Wärmequelle angeordnet, insbesondere befestigt, wie in 1 als ein Beispiel veranschaulicht. Hierfür wird der Wärmeaufnahmeblock 21 an der Wärmequelle montiert. Zudem wird der Kühlkörper 23 mit den Befestigungsmodulen 230 an die Anlage 1 montiert. Hierfür sind ebenfalls Schrauben als Befestigungsmittel 210 verwendbar. Danach ist das Verfahren beendet.At the step S5 becomes the cooling system 20th arranged on the heat source, in particular attached, as in 1 illustrated as an example. The heat absorption block is used for this 21 mounted on the heat source. In addition, the heat sink 23 with the mounting modules 230 to the plant 1 assembled. For this purpose, screws are also used as fastening means 210 usable. The procedure is then ended.

Somit sind der Wärmeaufnahmeblock 21 und der Kühlkörper 23 schichtweise aufgebaut. Jede Schicht weist eines der Wärmeaufnahmeelemente 211 bis 21K, eines der Wärmeleitelemente 221 bis 22M und eines der Kühlelemente 231 bis 23N auf. Mit anderen Worten, jede Schicht bildet ein Modul des Kühlsystems 20. Es sind beliebig viele Module des Kühlsystems 20 aneinanderreihbar.Thus are the heat absorbing block 21 and the heat sink 23 built up in layers. Each layer has one of the heat absorbing elements 211 to 21K , one of the heat conducting elements 221 to 22M and one of the cooling elements 231 to 23N on. In other words, each layer forms a module of the cooling system 20th . There are any number of modules in the cooling system 20th can be lined up.

Soll der Schritt S5 erst von einem Käufer oder Nutzer des Kühlsystems 20 ausgeführt werden, kann der Schritt S5 vor der Vermarktung des Kühlsystems 20 entfallen.Should the step S5 only by a buyer or user of the cooling system 20th can be performed, the step S5 before marketing the cooling system 20th omitted.

Das zuvor beschriebene Verfahren ist unaufwändig und zuverlässig vollautom atis ierbar.The method described above is uncomplicated and reliably fully automated.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird zunächst ein Modul des Kühlsystems 20 aufgebaut. Danach werden alle Module des Kühlsystems 20 durch Fügen miteinander verbunden.According to a second exemplary embodiment, a module of the cooling system is initially used 20th built up. After that, all modules of the cooling system 20th connected to each other by joining.

Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Anlage 1, des Kühlsystems 20 und des zu dessen Herstellung verwendeten Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.All the configurations of the system described above 1 , the cooling system 20th and the process used to produce it can be used individually or in all possible combinations. In particular, all of the features and / or functions of the exemplary embodiments described above can be combined as desired. In addition, the following modifications in particular are conceivable.

Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.The parts shown in the figures are shown schematically and may differ in the exact configuration from the forms shown in the figures, as long as their functions described above are guaranteed.

Zusätzlich oder alternativ kann die Anlage 1 eine Linearmaschine aufweisen.Additionally or alternatively, the system can 1 have a linear machine.

Möglicherweise hat eine Kühlelement 231 bis 23M mehr als eine Finne 2301, 2311, 2321, 2331, 23N1. In diesem Fall können auch mehr Wärmeleitelemente 221 bis 22M vorhanden sein, so dass jedes Wärmeleitelement 221 bis 22M eine Finne 2301, 2311, 2321, 2331, 23N1 kontaktiert. Die Finnen 2301, 2311, 2321, 2331, 23N1 können hierbei in einer Reihe beabstandet voneinander angeordnet sein, die quer zu der Richtung angeordnet ist, in welcher das Wärmeleitelement 221 bis 22M angeordnet ist.May have a cooling element 231 to 23M more than a Finn 2301 , 2311 , 2321 , 2331 , 23N1 . In this case, more heat conducting elements can also be used 221 to 22M be present, so that each heat conducting element 221 to 22M a Finn 2301 , 2311 , 2321 , 2331 , 23N1 contacted. Finns 2301 , 2311 , 2321 , 2331 , 23N1 can in this case be arranged in a row spaced apart from one another, which is arranged transversely to the direction in which the heat-conducting element 221 to 22M is arranged.

Claims

Cooling system (20) for cooling a heat source (10), with at least one heat absorbing element (21 to 2K) for absorbing heat from the heat source (10) and for mounting on the heat source (10), at least one heat conducting element (21 to 2N) for dissipation the heat from the at least one heat absorbing element (21 to 2N), and at least one cooling element (231 to 23M) for dissipating the heat dissipated from the at least one heat conducting element (21 to 2N), the at least one heat conducting element (21 to 2N) having the at least connects a heat absorbing element (21 to 2K) and the at least one cooling element (231 to 23M) to one another in such a way that a mechanically decoupled heat transfer is realized between the at least one heat absorbing element (21 to 2K) and the at least one cooling element (231 to 23M).

Cooling system (20) Claim 1 , wherein the at least one heat conducting element (21 to 2N) is a flexibly bendable element.

Cooling system (20) Claim 1 or 2 , wherein one end (2211 to 22M1) of the at least one heat conducting element (21 to 2N) is arranged between two heat absorbing elements (21 to 2K), and another end (2212 to 22M2) of the at least one heat conducting element (21 to 2N) between two Cooling elements (231 to 23M) is arranged.

Cooling system (20) according to one of the preceding claims, wherein the at least one heat-conducting element (21 to 2N) is a graphite foil.

Cooling system (20) according to one of the preceding claims, wherein the at least one heat absorbing element (21 to 2K) comprises a metal or a metal alloy.

Cooling system (20) Claim 5 wherein the metal comprises copper.

Cooling system (20) according to one of the preceding claims, wherein the at least one cooling element (231 to 23M) comprises a metal or a metal alloy.

Cooling system (20) Claim 7 wherein the metal comprises aluminum or an aluminum alloy.

Cooling system (20) according to one of the preceding claims, wherein at least two heat absorption elements (21 to 2K) are connected to at least one fastening element (210), and wherein at least two cooling elements (231 to 23M) are connected to at least one fastening element (210).

Cooling system (20) according to one of the preceding claims, wherein the at least one cooling element (231 to 23M) has at least one fin (2301, 2311, 2321, 2331, 23N1) which is mounted facing away from the at least one heat absorbing element (21 to 2K) , and wherein each heat conducting element (21 to 2N) contacts a fin (2301, 2311, 2321, 2331, 23N1).

System (1), with at least one heat source (10), and at least one cooling system (20) according to one of the preceding claims for cooling the at least one heat source (10) during operation of the system (1).

Appendix (1) according to Claim 11 wherein the at least one heat source (10) is a ball grid arrangement having at least one integrated circuit.

A method for producing a cooling system (20) for cooling a heat source (10), the method comprising the steps of connecting (S1, S2) at least one heat absorbing element (21 to 2K) that is used to absorb heat from the heat source (10) and for assembly is provided on the heat source (10), with at least one heat conducting element (21 to 2N), which is provided for dissipating the heat from the at least one heat absorbing element (21 to 2N), and connecting (S3, S4) the at least one heat conducting element (21 to 2N) with at least one cooling element (231 to 23M), which is provided for dissipating the heat dissipated from the at least one heat conducting element (21 to 2N), the at least one heat conducting element (21 to 2N) the at least one heat absorbing element (21 to 2K ) and connects the at least one cooling element (231 to 23M) to one another in such a way that a mechanically decoupled heat transfer between the at least one heat absorbing element (21 to 2K) and the at least at least one cooling element (231 to 23M) is realized.