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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von Bauteilen und eine Elektronikanordnung.
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Üblicherweise führen elektronische Bauteile, wie zum Beispiel Leistungshalbleiter in der Leistungselektronik, hohe Ströme, welche zu einer hohen Verlustwärme führen können. Häufig ist eine Kühlung solcher Leistungshalbleiter erforderlich, beispielsweise zur Vermeidung von Schäden durch Überhitzen. Üblicherweise wird hierfür eine Flüssigkeitskühlung oder eine Luftkühlung verwendet.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bietet demgegenüber den Vorteil einer vereinfachten Kühlvorrichtung zum Kühlen von elektronischen Bauteilen, welche sich durch eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion auszeichnet. Insbesondere erlaubt die Kühlvorrichtung auf einfache und kostengünstige Weise eine hohe Flexibilität zur optimalen Anpassung an verschiedene Geometrien der zu kühlenden Bauteile. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine Kühlvorrichtung, umfassend einen ersten Endbereich, einen zweiten Endbereich, und einen Zwischenbereich, welcher zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich angeordnet ist. Insbesondere verbindet der Zwischenbereich den ersten Endbereich und den zweiten Endbereich miteinander. Der Zwischenbereich ist dabei wärmeleitend mit einem zu kühlenden Bauteil verbindbar. Der Zwischenbereich ist als ein Mehrkanalrohr ausgebildet und weist mehrere parallele und, insbesondere in einer gemeinsamen Ebene, entlang einer Querrichtung nebeneinander angeordnete Kanäle auf. Insbesondere ist der Zwischenbereich als ein einstückiges Bauteil ausgebildet. Jeweils zwei nebeneinanderliegende Kanäle des Zwischenbereichs bilden zusammen ein Kanalpaar. Insgesamt weist der Zwischenbereich mehrere Kanalpaare auf. Von jedem Kanalpaar sind die beiden Kanäle am ersten Endbereich und am zweiten Endbereich in Fluidverbindung miteinander stehend ausgebildet. Dadurch bildet jedes Kanalpaar mit dessen beiden in Fluidverbindung stehenden Kanälen einen separaten umlaufenden geschlossenen Kühlkanal. Jeder Kühlkanal der Kühlvorrichtung ist dabei mit einem Arbeitsmittel gefüllt, welches innerhalb des Kühlkanals gleichzeitig flüssig und gasförmig vorliegt, insbesondere bei einer vordefinierten Ruhetemperatur.
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Mit anderen Worten wird eine Kühlvorrichtung bereitgestellt, welche mehrere Kühlkanäle umfasst, die sich durch den Zwischenbereich erstrecken und an den beiden Endbereichen jeweils umgelenkt sind. Insbesondere ist jeder Kühlkanal dabei fluiddicht verschlossen ausgebildet. Durch die Verwendung der Endbereiche kann eine besonders einfache Geometrie der Kühlvorrichtung bereitgestellt werden, da hierdurch der Zwischenbereich mit der Mehrzahl an Kanälen als einfaches gerades Mehrkanalrohr bereitgestellt werden kann, wobei die Enden offen sein können. Beispielsweise kann das Mehrkanalrohr somit als besonders kostengünstiges Strangpressbauteil oder dergleichen bereitgestellt werden, wobei die Umlenkungen an den Enden der Kanäle, um die geschlossenen Kühlkanäle aus den beiden nebeneinanderliegenden Kanälen zu bilden, beispielsweise durch die Endbereiche umgesetzt werden können. Zudem können die Endbereiche als einfach herzustellende Bauteile mit flexiblen Geometrien ausgebildet werden, um eine einfache Anpassung der Kühlvorrichtung an verschieden geformte elektronische Bauteile zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann der Zwischenbereich auf einfache Weise in verschiedene Formen gebogen werden, um eine optimale Anpassbarkeit der Kühlvorrichtung an die Geometrie der zu kühlenden elektronischen Bauteile zu ermöglichen.
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Der Zwischenbereich ist vorzugsweise aus Aluminium gebildet, um eine gute Wärmeleitung und thermische Anbindung des Bauteils und einen effektiven Wärmeabtransport von dem Bauteil zu ermöglichen. Weiter bevorzugt sind die Endbereiche ebenfalls aus Aluminium gebildet, um eine kostengünstige und thermisch gut leitende Verbindung, beispielweise eine Hartlötverbindung, mit dem Zwischenbereich zu ermöglichen.
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Weiterhin ist jeder Kühlkanal mit dem Arbeitsmittel gefüllt, welches gleichzeitig gasförmig und flüssig, mit anderen Worten teils gasförmig und teils flüssig, in dem jeweiligen Kühlkanal vorliegt. Das heißt, das Arbeitsmittel liegt im Kühlkanal zweiphasig vor. Insbesondere liegen dabei innerhalb des Kühlkanals Gasblasen sowie Flüssigkeitssäulen gleichzeitig vor. Vorzugsweise nehmen bei einer Nenntemperatur die Gasblasen sowie die Flüssigkeitssäulen ein ähnlich großes Volumen ein. Besonders bevorzugt nimmt der gasförmige Anteil des Arbeitsmittels bei der Nenntemperatur 30 % bis 70 % eines Innenvolumens des Kühlkanals ein, wobei das restliche Innenvolumen durch den flüssigen Anteil des Arbeitsmittels eingenommen wird. In Abhängigkeit einer Temperatur der Kühlvorrichtung ändert sich dabei das Volumenverhältnis durch Verdampfen oder Kondensieren des Arbeitsmittels.
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Weiter bevorzugt kann der Zwischenbereich pro Kühlkanal jeweils ein Ventil aufweisen, um beispielsweise eine Evakuierung des Kühlkanals und eine Befüllung des Kühlkanals mit dem Arbeitsmittel zu ermöglichen.
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Bei einer Wärmezufuhr in den Zwischenbereich, das heißt, wenn sich das daran angrenzende Bauteil erwärmt, wird die Wärme auf das im Kühlkanal befindliche Arbeitsmittel übertragen. Dadurch kann ein Phasenwechsel sowie eine Strömung des Arbeitsmittels innerhalb des Kühlkanals erzeugt werden, wodurch die Wärme vom zu kühlenden Bauteil weg transportiert wird. Beispielsweise kann die Wärme an anderer Stelle des Zwischenbereichs durch Konvektion an die Umgebungsluft oder an andere wärmeleitend verbundene Wärmesenken oder Kühlelemente abgegeben werden. Insbesondere wird dabei ein, vorzugsweise unregelmäßiger, pulsierender oder oszillierender Phasenübergang des Arbeitsmittels erzeugt. Ebenso liegt insbesondere eine pulsierende oder oszillierende Strömung des Arbeitsmittels in jedem Kühlkanal vor. Die Kühlkanäle arbeiten somit nach dem Prinzip eines pulsierenden Wärmerohres. Mit anderen Worten umfasst die Kühlvorrichtung durch die mehreren separaten geschlossene Kühlkanäle eine Vielzahl an pulsierenden Wärmerohren. Insbesondere ist keine, beispielsweise elektrische, Energiezufuhr notwendig, sondern die Kühlvorrichtung arbeitet als passives Kühlelement. Somit bietet die Kühlvorrichtung eine besonders einfache und effektive Methode zur Kühlung der Leistungselektronik und kann Abwärme effizient abführen.
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Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Bevorzugt weisen der erste Endbereich und der zweite Endbereich pro Kanalpaar jeweils einen Umlenkkanal auf. Die beiden nebeneinanderliegenden Kanäle jedes Kanalpaares stehen dabei mittels der Umlenkkanäle in den Endbereichen in Fluidverbindung miteinander. Mit anderen Worten weist jeder Endbereich pro Kühlkanal jeweils einen Umlenkkanal auf, welcher die beiden Kanäle des Kanalpaars miteinander verbindet. Beispielsweise kann ein solcher Umlenkkanal als eine, beispielsweise sacklochartige, Vertiefung im jeweiligen Endbereich ausgebildet sein, wodurch eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht wird.
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Besonders bevorzugt weist der Zwischenbereich mehrere Wände zwischen den Kanälen auf, insbesondere trennt jede Wand jeweils zwei nebeneinanderliegende Kanäle voneinander. Die beiden Kanäle jedes Kanalpaares, die den geschlossenen Kühlkanal bilden, stehen dabei über eine Aussparung an jedem Ende der zwischen diesen beiden Kanälen liegenden Wand in Fluidverbindung miteinander. Das heißt, bei Betrachtung des gesamten Zwischenbereichs weist dieser an den beiden offenen Seiten der Kanäle jeweils an jeder zweiten Wand eine Aussparung auf, sodass die beiden unmittelbar an diese Wand angrenzenden Kanäle miteinander in Fluidverbindung stehen können. Dadurch kann eine besonders einfache Konstruktion der Endbereiche ermöglicht werden, da diese beispielsweise zum Ausbilden der geschlossenen Kühlkanäle lediglich eine einfache ebene Endfläche aufweisen müssen, welche die beiden Stirnflächen des Zwischenbereichs bedecken.
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Vorzugsweise weisen der erste Endbereich und der zweite Endbereich jeweils eine Nut auf, in die jeweils ein, insbesondere stirnseitiges, Ende des Zwischenbereichs eingesteckt ist. Als Ende wird dabei ein in Längsrichtung der Kanäle liegendes Ende des Zwischenbereichs angesehen, an welchen die Kanäle offen enden. Dadurch kann eine besonders einfache Herstellung und zuverlässige Abdichtung der Kühlkanäle bereitgestellt werden.
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Bevorzugt umfasst die Kühlvorrichtung ferner zwei Dichtverbindungen, welche den Zwischenbereich mit den Endbereichen fluiddicht verbinden. Das heißt, pro Endbereich ist jeweils eine Dichtverbindung vorgesehen. Die beiden Dichtverbindungen erstrecken sich dabei jeweils um den gesamten Außenumfang des Zwischenbereichs. Beispielsweise können die Dichtverbindungen als Schweißverbindung oder als Hartlotverbindung oder dergleichen ausgebildet sein. Dadurch ist eine einfache und kostengünstige Montage der Kühlvorrichtung möglich, wobei zusätzlich eine zuverlässige Abdichtung bereitgestellt wird.
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Weiter bevorzugt umfasst die Kühlvorrichtung insgesamt mindestens fünf, bevorzugt mindestens zehn, geschlossene Kühlkanäle. Somit kann kostengünstig und bei einfacher Herstellbarkeit eine effiziente Kühlvorrichtung mit hoher Kühlleistung bereitgestellt werden.
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Bevorzugt ist der Zwischenbereich um die Querrichtung wendelförmig gebogen ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Zwischenbereich um eine zur Querrichtung parallele Achse schraubenförmig gewickelt ausgebildet. Das heißt, in Querrichtung befinden sich mehrere Windungen des Zwischenbereichs nebeneinander. Insbesondere weist hierbei der Zwischenbereich eine Längserstreckung entlang einer Richtung der Kanäle auf, welche ein Vielfaches einer Quererstreckung in Querrichtung beträgt. Dadurch können beispielsweise Kühlkanäle mit einer besonders großen Länge bereitgestellt werden, was sich vorteilhaft auf eine optimale Kühlleistung der Kühlvorrichtung auswirken kann.
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Besonders bevorzugt ist der Zwischenbereich in mindestens fünf, bevorzugt mindestens zehn, Windungen um die Querrichtung wendelförmig gebogen ausgebildet. Das heißt, entlang der Querrichtung liegen insgesamt mindestens fünf, vorzugsweise mindestens zehn, Windungen des Zwischenbereichs nebeneinander. Dadurch kann eine besonders hohe Kühlleistung der Kühlvorrichtung ermöglicht werden.
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Vorzugsweise ist von dem wendelförmig gebogenen Zwischenbereich ein Zwischenbereich in einer zur Querrichtung orthogonalen Ebene eingeschlossen. Der Zwischenbereich weist dabei eine T-förmige Querschnittsgeometrie auf.
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Insbesondere weist der Zwischenraum dabei eine prismatische Geometrie auf, wobei eine Querschnitt T-förmig ausgebildet ist. Mit anderen Worten wird ein virtueller Zwischenbereich betrachtet, welcher eine T-förmige Querschnittsgeometrie aufweist, wobei sich der Zwischenbereich komplett entlang eines Außenumfangs des T-förmigen Zwischenbereichs erstreckt, und sich insbesondere an diesen anschmiegt. Beispielsweise eignet sich die Kühlvorrichtung damit besonders für den Einsatz in stark zerklüfteten Elektronikanordnungen, da sich beispielsweise ein Arm des „T“ in eine Kavität zwischen Bauteilen hinein erstrecken kann, um besonders gezielt lokal kühlen zu können.
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Bevorzugt sind am Zwischenbereich Kühlrippen angeordnet. Besonders bevorzugt ist der Zwischenbereich von Kühlrippen umgeben. Insbesondere sind die Kühlrippen auf einer Außenseite des Zwischenbereichs angeordnet, und beispielsweise mittels einer Schweißverbindung oder mit einer Hartlotverbindung mit dem Zwischenbereich verbunden. Dadurch kann eine besonders effektive Wärmeabfuhr von dem Zwischenbereich erfolgen. Beispielsweise kann der Zwischenbereich nur lokal von Kühlrippen umgeben sein, oder alternativ vollständig.
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Besonders bevorzugt weist das Arbeitsmittel eine kritische Temperatur auf, die größer als eine maximale Betriebstemperatur ist. Vorzugsweise weist das Arbeitsmittel eine kritische Temperatur von mindestens 233 K, vorzugsweise mindestens 273 K besonders vorzugsweise mindestens 373 K, und insbesondere maximal 533 K, auf. Als kritische Temperatur wird dabei eine Temperatur eines Stoffes am kritischen Punkt angesehen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Arbeitsmittel in einem bevorzugten Betriebsbereich, in welchem das Arbeitsmittel insbesondere bei Temperaturen von 222 K bis 473k, insbesondere von 273 K bis 373 K, vorliegt, zweiphasig innerhalb des Kühlelements vorliegen kann. Vorzugsweise ist das Arbeitsmittel ein organisches Kältemittel, welches beispielsweise in Fahrzeugklimaanlagen eingesetzt wird, wie insbesondere 2,3,3,3-Tetrafluorpropen, auch als R1234yf bezeichnet, R1233zd(E) usw.. Besonders bevorzugt weist das Arbeitsmittel einen Schmelzpunkt auf, welcher maximal 273 K, vorzugsweise maximal 233K, besonders bevorzugt maximal 213 K, beträgt.
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Weiterhin führt die Erfindung zu einer Elektronikanordnung, welche die beschriebene Kühlvorrichtung umfasst. Ferner umfasst die Elektronikanordnung mindestens ein zu kühlendes elektronisches Bauteil, welches insbesondere ein Halbleiterbauteil, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, ist. Das zu kühlende elektronische Bauteil ist mit dem Zwischenbereich der Kühlvorrichtung wärmeleitend verbunden. Die Kühlvorrichtung ermöglicht dabei eine effektive und zuverlässige Kühlung des Bauteils, um eine Überhitzung zu vermeiden. Beispielsweise kann es sich bei der Elektronikanordnung um einen Wechselrichter handeln.
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Bevorzugt ist das mindestens eine zu kühlende Bauteil an mehreren Heißbereichen wärmeleitend mit dem Zwischenbereich verbunden. Insbesondere ist das zu kühlende Bauteil dabei ausschließlich an den Heißbereichen wärmeleitend mit dem Zwischenbereich verbunden. Die Heißbereiche sind dabei entlang einer Längsrichtung des Zwischenbereichs, also entlang einer Längserstreckung der Kanäle des Zwischenbereichs, jeweils in vordefinierten Mindestabständen relativ zueinander angeordnet. Das heißt, entlang der Längsrichtung der Kanäle befinden sich mehrere durch die vordefinierten Abstände voneinander separierte Heißbereiche, an welchen jeweils Wärme vom zu kühlenden Bauteil auf den Zwischenbereich und damit auf das Arbeitsmittel übertragen werden kann. Dadurch liegen beispielsweise entlang der Längsrichtung der Kühlkanäle unterschiedliche Temperaturen vor, wodurch die Verwendung der Kühlkanäle als pulsierende Wärmerohre besonders einfach und effektiv ermöglicht wird.
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Besonders bevorzugt umfasst die Elektronikanordnung mindestens einen Kühlbereich zu Wärmeabfuhr. Insbesondere kann der Kühlbereich auch als Wärmesenke angesehen werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass im Kühlbereich eine aktive Kühlung erfolgt. Alternativ kann im Kühlbereich eine passive Kühlung, beispielsweise über Kühlrippen, erfolgen. Der mindestens eine Kühlbereich ist dabei zwischen zwei Heißbereichen angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist der mindestens eine Kühlbereich auf einer den Heißbereichen gegenüberliegenden Seite des Zwischenbereichs angeordnet. Dadurch kann ein besonders effektiver Betrieb der Kühlvorrichtung zur Kühlung der elektronischen Bauteile bereitgestellt werden.
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Bevorzugt ist das mindestens eine zu kühlende Bauteil an genau einem Heißbereich wärmeleitend mit dem Zwischenbereich verbunden. Der Heißbereich erstreckt sich dabei über mehrere Windungen des wendelförmig um die Querrichtung gewickelten bzw. gebogenen Zwischenbereichs. Mit anderen Worten sind Zwischenbereich und Heißbereich so angeordnet, dass der Zwischenbereich entlang der Längsrichtung der Kanäle den Heißbereich mehrmals, das heißt in mehreren nebeneinanderliegenden Windungen, passiert. Dadurch ergibt sich ebenfalls eine Anordnung, bei welche entlang der Längsrichtung der Kanäle mehrere Heißbereiche an denen eine Wärmezufuhr an das Arbeitsmittel erfolgt, vorliegen. Somit kann ebenfalls ein besonders effizienter Betrieb der Kühlkanäle als pulsierende Wärmerohre ermöglicht werden und somit eine besonders effektive Kühlung der zu kühlenden Bauteile erreicht werden.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
- 1 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 ein Detail der Kühlvorrichtung der 1,
- 4 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Verwendung der Kühlvorrichtung der 1,
- 5 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 6 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht einer Kühlvorrichtung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Kühlvorrichtung 10 ist dreiteilig ausgebildet und umfasst einen ersten Endbereich 1, einen zweiten Endbereich 2, und einen Zwischenbereich 3.
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Der Zwischenbereich 3 ist als Mehrkanalrohr ausgebildet, und umfasst mehrere, im ersten Ausführungsbeispiel insgesamt 20, Kanäle 31. Sämtliche Kanäle 31 sind parallel zueinander und parallel zu einer Längsrichtung 35 angeordnet. In einer Querrichtung 30 liegen sämtliche Kanäle 31 in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander. Insbesondere sind sämtliche Kanäle 31 identisch im Querschnitt ausgebildet.
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Zwischen zwei nebeneinanderliegenden Kanälen 31 befindet sich jeweils eine Wand 32, welche die Kanäle 31 voneinander trennt.
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In der 3 ist ein Beispiel für ein im ersten Ausführungsbeispiel der 1 verwendbares Mehrkanalrohr als Zwischenbereich 3 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Das Mehrkanalrohr der 3 weist jedoch eine höhere Anzahl an Kanälen 31 auf. Zudem weisen die beiden in Querrichtung äußersten Kanäle 31 jeweils eine andere, fertigungsbedingte von den anderen Kanälen 31 abweichende Geometrie auf, was aus Kostengründen beispielsweise vorteilhaft sein kann.
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Die Endbereiche 1, 2 weisen jeweils eine an eine Außengeometrie des Zwischenbereichs 3 angepasste Nut 12 auf, in die jeweils die stirnseitigen Enden des Zwischenbereichs 3 eingesteckt sind.
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An einem Boden der Nut 12 jedes Endbereichs 1, 2 sind mehrere Vertiefungen angeordnet, welche Umlenkkanäle 4 bilden. Im Detail sind die Umlenkkanäle 4 jeweils durch Rippen 41 voneinander getrennt. Zwischenbereich 3 und Endbereiche 1, 2 sind vorzugsweise so ineinandergesteckt, dass Stirnseiten 13 des Zwischenbereichs 3 an den Rippen 41 anliegen.
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Die Umlenkkanäle 4 sind so ausgebildet, dass jeder Umlenkkanal 4 genau zwei nebeneinanderliegende Kanäle 31 miteinander verbindet, sodass eine Fluidverbindung zwischen den beiden nebeneinanderliegenden Kanälen 31 besteht. Im Detail sind dabei jeweils immer genau zwei nebeneinanderliegende Kanäle 31 durch Umlenkkanäle 4 an beiden Enden miteinander verbunden, sodass ein umlaufender geschlossener Kühlkanal 5 besteht. Die derart verbundenen Kanäle 31 bilden ein Kanalpaar 34. Das heißt, pro Kanalpaar 34 wird jeweils ein separater umlaufender und fluiddicht geschlossener Kühlkanal 5 gebildet. Bevorzugt liegen insgesamt zehn Kanalpaare 34 bzw. Kühlkanäle 5 vor (vgl. 1).
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Die fluiddichte Ausgestaltung der Kühlvorrichtung 10 wird dabei durch jeweils eine Dichtverbindung 14 pro Endbereich 1, 2 erreicht. Die Dichtverbindung 14 umgibt jeweils einen Außenumfang des Zwischenbereichs 3 und verbindet den Zwischenbereich 3 mechanisch fest und fluiddicht mit dem jeweiligen Endbereich 1, 2. Die Dichtverbindung 14 kann beispielsweise als Schweißverbindung oder Hartlotverbindung hergestellt werden.
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Jeder der separaten Kühlkanäle 5 ist mit einem Arbeitsmittel gefüllt, welches gleichzeitig flüssig und gasförmig innerhalb des Kühlkanals 5 vorliegt.
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Eine Verwendung und Funktion der Kühlvorrichtung 10 der 1 ist in der 4 vereinfacht schematisch dargestellt. Dabei liegen entlang der Längsrichtung 35 in vordefinierten Abständen 90 zueinander mehrere separate Heißbereiche 9 vor. An jedem Heißbereich 9 erfolgt ein Wärmeeintrag an den Zwischenbereich 3.
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Beispielsweise kann hierfür genau ein zu kühlendes elektronisches Bauteil (in der 4 nicht dargestellt) an den mehreren separaten Heißbereichen 9 jeweils wärmeleitend mit dem Zwischenbereich 3, insbesondere mit einer Außenseite des Zwischenbereichs 3, verbunden sein. Alternativ können pro Heißbereich 9 jeweils ein separates zu kühlendes Bauteil angeordnet und wärmeleitend mit dem Zwischenbereich 3 verbunden sein. Dies kann beispielweise vorteilhaft bei mehreren voneinander beabstandet angeordneten LEDs umgesetzt werden.
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Zwischen den Heißbereichen 9 befindet sich jeweils einen Kühlbereich 6. Am Kühlbereich 6 kann entweder eine aktive Kühlung, beispielsweise mittels eines zusätzlichen aktiven Kühlelements, oder durch passive Kühlung, beispielsweise mittels Konvektion und/oder Wärmeabstrahlung erfolgen. Insbesondere kann auch nur vorgesehen sein, dass am Kühlbereich 6 keine Wärmequelle angeordnet ist.
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Beim Betrieb der Kühlvorrichtung 10, also bei einem Wärmeeintrag an den Heißbereichen 9, erfolgt eine Wärmeübertragung an das Arbeitsmittel innerhalb den Kühlkanälen 5. Jeder Kühlkanal 5 wirkt dabei als ein pulsierendes Wärmerohr. Dabei wird die Wärme von den Heißbereichen 9 weg transportiert und die zu kühlenden Bauteile somit gekühlt. Dadurch, dass jeder Kühlkanal 5 mehrere Heißbereiche 9 durchläuft kann eine besonders effektive Funktion der pulsierenden Wärmeübertragung mittels des pulsierenden Wärmerohrs, das jeder Kühlkanal 5 bildet, erreicht werden.
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2 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht einer Kühlvorrichtung 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 mit dem Unterschied, dass die Verbindung der Kanäle 31 jedes Kanalpaares 34 nicht durch Umlenkkanäle 4 in den Endbereichen 1, 2 erfolgt, sondern innerhalb des Zwischenbereichs 3. Im Detail weist jede Wand 32, die zwischen den beiden Kanälen 31, welche ein Kanalpaar 34 bzw. einen gemeinsamen Kühlkanal 5 bilden, an jedem in Längsrichtung 35 liegenden Ende eine Aussparung 33 auf. Das heißt, in Querrichtung 30 weist jede zweite Wand 32 Aussparungen 33 an dessen beiden axialen bzw. stirnseitigen Enden auf. Die beiden Kanäle 31 jedes Kanalpaares 34 stehen dabei über die Aussparungen 33 in Fluidverbindung miteinander.
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5 zeigt eine vereinfachte schematische perspektivische Ansicht einer Kühlvorrichtung 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel der 1, wobei der Zwischenbereich 3 um die Querrichtung 30 wendelförmig gebogen ausgebildet ist. Das heißt, der Zwischenbereich 3 erstreckt sich nicht entlang einer geraden Linie vom ersten Endbereich 1 zum zweiten Endbereich 2, sondern wendelförmig in mehreren Windungen 39. Dabei ist der Zwischenbereich 3 derart ausgebildet, dass die Windungen 39 in Querrichtung 30 unmittelbar aneinander angrenzen, das heißt, dass keine Abstände oder Lücken zwischen den einzelnen Windungen 39 liegen.
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Wie in der 5 zu erkennen, ist der Zwischenbereich 3 dabei derart gebogen, dass ein Zwischenraum 7, der in einer zur Querrichtung 30 orthogonalen Ebene von dem Zwischenbereich 3 eingeschlossen bzw. von diesem umgeben ist, eine T-förmige Querschnittsgeometrie aufweist, Insbesondere sind dabei drei Abschnitte 37, 38, 39 vorgesehen, die durch die T-Form gebildet sind. Ein erster Abschnitt 37 ist dabei orthogonal zu einem zweiten Abschnitt 38 und einem dritten Abschnitt 39. Zweiter Abschnitt 38 und dritter Abschnitt 39 sind insbesondere in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Der dritte Abschnitt 39 weist dabei eine Länge auf, die einem Vielfachen einer Länge des ersten Abschnitts 37 bzw. zweiten Abschnitts 38, welche ungefähr gleich ist, entspricht.
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Die Kühlvorrichtung 10 der 5 eignet sich dabei besonders für eine Anwendung in stark zerklüfteten Elektronikanordnungen, wie dies nachfolgend auch in Bezug auf die 6 dargestellt ist.
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6 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht einer Kühlvorrichtung 10 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist die Anwendung in einer Elektronikanordnung 110, die ein zu kühlendes elektronisches Bauteil 101 umfasst, dargestellt. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel der 5, mit dem Unterschied, dass die Kühlvorrichtung 10 zusätzlich Kühlrippen 8 aufweist. Im Detail sind die Kühlrippen 8 so angeordnet, dass der gesamte Zwischenraum 7, der von dem Zwischenbereich 3 umgeben ist, durch Kühlrippen 8 ausgefüllt ist. Die Kühlrippen 8 sind wärmeleitend mit dem Zwischenbereich 3 verbunden, sodass ein besonders effektiver Wärmeabtransport ermöglicht wird. Beispielsweise kann durch zusätzlichen Einsatz einer Kühlluftströmung eine besonders hohe Effektivität der Kühlvorrichtung 10 bereitgestellt werden.
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Am zweiten Abschnitt 38 und am dritten Abschnitt 39 sind die Kühlrippen 8 nicht nur innerhalb des Zwischenraums 7 vorgesehen, sondern zusätzlich auch an einer Außenseite des Zwischenbereichs 3, insbesondere an einer dem ersten Abschnitt 37 abgewandten Seite. Dadurch kann die für den Wärmeabtransport zur Verfügung stehende Fläche weiter vergrößert werden, um eine besonders hohe Kühlleistung erzielen zu können.
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In der 6 sind zudem der Heißbereich 9 und der Kühlbereich 6 gekennzeichnet. Diese Bereiche ergeben sich insbesondere durch die Anwendung an der dargestellten Elektronikanordnung 110. Dabei weist die Elektronikanordnung 110 eine Leiterplatte 102 auf, auf der mehrere verschiedene Bauteile, wie beispielsweise Kondensatoren, Spulen, Transformatoren oder dergleichen, beispielhaft gekennzeichnet durch die Bauteile mit den Bezugszeichen 103. Zusätzlich weist die Elektronikanordnung 110 ein auf der Leiterplatte 102 montiertes leistungslektronisches Bauteil 101, welches beispielsweise ein Halbleiterchip sein kann, auf. Dieses leistungslektronische Bauteil 101 ist dabei das bevorzugt zu kühlende elektronische Bauteil, da sich dieses beim Betrieb der Elektronikanordnung 110 am stärksten aufheizt. Beispielsweise erzeugen auch die Bauteile 103 Wärme. Der Heißbereich 9 befindet sich somit unmittelbar oberhalb des leistungselektronischen Bauteils 101. Aufgrund der stark zerklüfteten Geometrie der Elektronikanordnung 110 erlaubt die T-förmige Ausgestaltung der Kühlvorrichtung 10, dass ein Teil des Zwischenbereichs 3, insbesondere der erste Abschnitt 37, besonders nahe an das leistungselektronische Bauteil 101 herangeführt werden kann, um eine optimale Kühlung zu ermöglichen.
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Insbesondere ist die Elektronikanordnung 110 dabei so ausgebildet, dass dieser sich entlang der Querrichtung 30 über sämtliche Windungen des Zwischenbereichs 3 erstreckt.
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Durch die in der 6 dargestellte Konfiguration mit einem Heißbereich 9 an einem Ende des ersten Abschnitts 37, bei Betrachtung in der dargestellten Zeichenebene, resultiert, dass jeder Kühlkanal 5 den Heißbereich 9 pro Wicklung 39 (vgl. 5) des Zwischenbereichs 3 genau einmal durchläuft, das heißt mehrmals entlang seiner Längsrichtung. Dadurch ergibt sich eine Verteilung von abwechselnd Wärmequellen und Wärmesenken entlang der Längsrichtung 35 jedes Kühlkanals 5, ähnlich der 4. Dadurch wird ein besonders effektiver Betrieb der Kühlvorrichtung 10 mit den Kühlkanälen 5 als mehrere pulsierende Wärmerohre erreicht.
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Es sei angemerkt, dass die Elektronikanordnung 10 des dritten Ausführungsbeispiels der 5 analog der Elektronikanordnung der 6 verwendet werden kann. Das heißt, in der 6 kann die Kühlvorrichtung 10 einfach durch die Kühlvorrichtung 10 der 5 ausgetauscht werden.
