DE10326458A1 - Kühlkörper zur Wärmeableitung für elektronische Bauelemente - Google Patents

Kühlkörper zur Wärmeableitung für elektronische Bauelemente Download PDF

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Abstract

Der Metallkörper eines Kühlkörpers weist eine oder mehrere schlitzförmige Aufnahmeöffnungen für ein oder mehrere zu kühlende elektronische Bauelemente pro Aufnahmeöffnung auf. Jede Aufnahmeöffnung enthält in seiner Längsausrichtung eine parallel hierzu verlaufende Aufnahmebohrung für vorzugsweise eine zylindrisch gewendelte Feder. Die Aufnahmebohrung ist so angeordnet, dass diese längsseitig zur Aufnahmeöfffnung offen ist und die darin eingelegte Feder mit einem radialen Teilabschnitt in die Aufnahmeöffnung für das elektronische Bauelement ragt. Dadurch drückt die Feder in Teilbereichen das elektronische Bauelement an die der Feder gegenüberliegende innere Seitenwand der Aufnahmeöffnung und stellt somit den thermischen Kontakt her.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper zur Wärmeableitung für ein oder mehrere elektronische Bauelemente, bestehend aus einem wärmeableitenden Metallkörper und Andruckmitteln, die das elektronische Bauelement an den Metallkörper andrückt.
  • Aus DE 296 12 437 U1 ist ein Kühlkörper für ein elektronisches Bauelement bekannt, der aus einem Metallkörper besteht und für die Aufnahme des elektronischen Bauelementes eine Durchgangsöffnung enthält. Durch ein Einschieben einer Blattfeder wird das elektronische Bauelement gegen eine Wand des Metallkörpers in thermischen Kontakt gebracht. Nachteilig ist, dass nachträglich in einem zusätzlichen Montageschritt die Feder in die Öffnung zur Aufnahme des elektronischen Bauelementes gebracht werden muss.
  • In DE 197 29 851 A1 ist ein Kühlkörper aus einem Metallkörper bekannt, bei dem der thermische Kontakt mit dem elektronischen Bauelement mittels einer Blattfeder erreicht wird. Die blattförmige Feder wirkt jedoch als Klemmfeder und zieht das elektronische Bauelement an die Außenwand des Metallkörpers heran. Bei der allgemein üblichen Verwendung eines Elektronikgehäuses ist die Montage eines solchen Kühlkörpers umständlich, da das zu kühlende elektronische Bauelement aus dem Elektronikgehäuse herausragen muss, um an den Kühlkörper thermisch kontaktiert zu werden.
    •
  • Aufgabenstellung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper für ein oder mehrere nebeneinander oder hintereinander angeordnete elektronische Bauelemente zu schaffen, der aus einem wärmeableitenden Metallkörper und mindestens einem Andruckmittel besteht und dass auf einfache Weise ein oder mehrere zu kühlende elektronische Bauelementen thermisch mit dem Kühlkörper kontaktiert wird/werden.
  • Lösung der Aufgabe
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
  • Der Metallkörper des Kühlkörpers weist eine oder mehrere schlitzförmige Aufnahmeöffnungen für ein oder mehrere zu kühlende elektronische Bauelemente pro Aufnahmeöffnung auf. Jede Aufnahmeöffnung enthält in seiner Längsausrichtung eine parallel hierzu verlaufende Aufnahmebohrung für eine zylindrisch gewendelte Feder. Die Aufnahmebohrung ist so angeordnet, dass diese längsseitig zur Aufnahmeöffnung offen ist. Die Aufnahmebohrung ist so angeordnet, dass die seitliche Öffnung im Bereich zum elektronischen Bauelement zeigt. In die Aufnahmebohrung wird eine zylindrisch gewendelte Feder eingelegt, von der ein radialer Teilabschnitt in die Aufnahmeöffnung für das elektronische Bauelement hineinragt. Beim Einstecken des elektronischen Bauelementes in die Aufnahmeöffnung im Kühlkörper drückt die zylindrisch gewendelte Feder mit ihrer radialen Rückstellkraft das elektronische Bauelement an die gegenüberliegende Innenwand der Aufnahmeöffnung. Der besondere Vorteil ist, dass gleichzeitig mehrere elektronische Bauelemente nebeneinander in der Aufnahmeöffnung mit dem Kühlkörper in thermischen Kontakt gebracht werden können. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Kühlkörper auf eine Leiterplatte montiert wird, bei der die zu kühlenden elektronischen Bauelemente so positioniert sind, dass sie mit den Aufnahmeöffnungen korrespondieren und somit gleichzeitig in die Aufnahmeöffnungen eingeführt werden. Die zylindrisch gewendelte Feder verformt sich im wesentlichen nur dort, wo das elektronische Bauelement an den Kühlkörper angepresst wird, so dass ein überwiegend gleichmäßiger Anpressdruck für jedes elektronische Bauelement gewährleistet wird. Zum Anpressen des elektronischen Bauelementes an den Kühlkörper können in einer weiteren Ausgestaltung rohrförmig radial wirkende Federn oder dauerelastische Kunststoffzylinder oder Gummizylinder verwendet werden.
  • In besonderer Ausgestaltung des Kühlkörpers kann eine Mehrzahl von Aufnahmeöffnungen mit den dazugehörigen Aufnahmebohrungen vorgesehen werden.
  • Der Metallkörper ist vorzugsweise aus einem Strangpress-Metall hergestellt, da die Aufnahmeöffnungen für ein oder mehrere elektronische Bauelemente in Längsrichtung als durchgängiger Schacht ausgeführt werden kann. Die Aufnahmebohrung für die zylindrische Feder verläuft in axialer Richtung parallel zu dem in Längsrichtung verlaufenden durchgehenden Schacht für die Aufnahmeöffnung für ein oder mehrere elektronische Bauelemente. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Aufnahmeöffnung in ihrer Länge und Höhe so bemessen werden kann, dass unterschiedlich große elektronische Bauelemente in die Aufnahmeöffnung eingeführt werden können. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kühlkörpers ist, dass das Einstecken mehrerer zu kühlenden elektronischen Bauelemente in eine oder mehrere Aufnahmeöffnungen gleichzeitig erfolgt. Die Feder ist/sind hierbei bevorzugt vor dem Einstecken der zu kühlenden elektronischen Bauelemente in die Aufnahmebohrung/en eingelegt oder eingeschoben.
  • In besonderer Ausgestaltung bilden zwei gegenüberliegende Verlängerungen des Metallkörpers Seitenwände an der Seite der Bauelementeeinführung des Kühlkörpers, wodurch diese Seitenwände als Abstandshalter zu einer Leiterplatte dienen.
  • Der erfindungsgemäße Kühlkörper ist nicht auf die Wärmeableitung von elektronischen Bauelementen beschränkt, weitere Anwendungen, wie die Wärmeableitung von elektromechanischen Bauelementen, wie beispielsweise Relais, Magnetventilen sind ebenfalls vorgesehen.
    •
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und den dazugehörigen Figuren beschrieben.
  • Überschrift der Figuren
  • 1: zeigt den Kühlkörper in einer Schnittdarstellung bzw. in der Vorderansicht.
  • 2: zeigt den Kühlkörper im Zusammenhang mit thermisch kontaktierten elektronischen Bauelementen.
  • 3a: zeigt detailliert den Bereich der Aufnahmebohrung für die Feder.
  • 3b: zeigt detailliert den Bereich der Aufnahmebohrung mit darin eingeführter Feder.
  • 4a, 4b: zeigen detailliert die Seitenwände
  • Ausführungsbeispiel
  • In 1 ist der erfindungsgemäße Kühlkörper 1 in der Schnittdarstellung bzw. in der Vorderansicht dargestellt. Der Metallkörper 2 weist neben seinen Kühlrippen 7 in Längsrichtung verlaufende Aufnahmeöffnungen 4 für ein oder mehrere elektronische Bauelemente 11 auf. Eine in die parallel zur Aufnahmeöffnung 4 verlaufende Aufnahmebohrung enthält die zylindrisch gewendelte Feder 3. Wie in 2 dargestellt, wird das elektronische Bauelement 11 gegen die Innenwand 5 der Aufnahmeöffnung 4 gedrückt und damit in den thermischen Kontakt mit dem Metallkörper 2 gebracht. Die Feder 3, welche eine zylindrische Form hat, drückt von der der Innenwand 5 gegenüberliegenden Seite gegen das elektronische Bauelement 11. Die Seitenwände 6 umschließen die Leiterplatte 12 auf einer oder zwei Seiten teilweise und sorgen dafür, dass die Leiterplatte 12 beabstandet von der Unterseite 13 des Kühlkörpers 1 bleibt. In 3a ist der Bereich der Aufnahmebohrung 8 für die Feder 3 detailliert und perspektivisch dargestellt. Die Aufnahmebohrung 8 liegt dabei in einem ersten radialen Teilabschnitt 9 im Metallkörper 2 und in einem zweiten radialen Teilabschnitt 10 in der Aufnahmeöffnung 4 für das elektronische Bauelement 12. Der erste radiale Teilabschnitt 9 ist dabei größer ausgeführt als der zweite Teilabschnitt 10, wodurch die entstandene seitliche Öffnung 16 schmaler als der Durchmesser der Aufnahmebohrung 8 ist. Diese Dimensionierung verhindert ein Herausfallen der Feder 3 aus der Aufnahmebohrung 8 für die Feder in die Aufnahmeöffnung 4 für zumindest ein elektronisches Bauelement 11.
  • 3b zeigt den Bereich der Aufnahmebohrung 8 für die Feder 3 detailliert perspektivisch dargestellt, wobei hier die Feder 3 in die Aufnahmebohrung 8 eingeführt ist. Hier ist deutlich zu erkennen, das die Feder 3 um den zweiten Teilabschnitt 10 in die Aufnahmeöffnung 4 für das elektronische Bauelement 11 hineinragt. Für die Feder 4 sind unterschiedliche Arten denkbar. Neben einer allgemein bekannten Schraubfeder, die jedoch in dieser Anwendung statt in axialer Richtung in radialer Richtung wirkt, sind noch rohrförmig axial wirkende Federn oder massive dauerelastische Kunststoffzylinder, oder Gummizylinder denkbar. 3c zeigt beispielhaft die Aufnahmebohrung 8a in einer rechteckigen Form, wobei die darin eingelegte Feder 3a in einem Teilabschnitt 9a im Metallkörper 2a liegt und ein der Teilabschnitt 10a in die Aufnahmeöffnung 4 für zumindest ein elektronisches Bauelement 11 ragt.
  • 4a zeigt in einer bevorzugten Ausführungsform die Seitenwand 6, die an der Unterseite 13 des Metallkörpers 2 angeformt ist. Zur Führung bzw. Positionierung einer Leiterplatte 12 an den Metallkörper 2 befindet sich in einer Ausführungsform ein an der Innenseite der Seitenwände 6 angeformter Steg 14. 4b zeigt in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die bereits erwähnte Seitenwand 6, die zur Führung bzw. Positionierung einer Leiterplatte 12 an den Metallkörper 2 zumindest eine an der Innenseite der Seitenwände 6 ausgeformte Stufe 14 enthält.
    • 1
    Kühlkörper
    2
    Metallkörper
    3
    Feder
    4
    Aufnahmeöffnung für ein elektronisches Bauelement
    5
    Innenwand
    6
    Seitenwand
    7
    Kühlrippen
    8
    Aufnahmebohrung für eine Feder
    9
    Erster radialer Teilabschnitt der Aufnahmebohrung
    10
    zweiter radialer Teilabschnitt der Aufnahmebohrung
    11
    elektronisches Bauelement
    12
    Leiterplatte
    13
    Unterseite des Kühlkörpers
    14
    Steg
    15
    Stufe
    16
    seitliche Öffnung

Claims (11)

  1. Kühlkörper (1) zur Wärmeableitung für ein oder mehrere elektronische Bauelemente (11), bestehend aus einem Metallkörper (2), der mindestens eine Aufnahmeöffnung (4) für ein oder mehrere elektronische Bauelemente (11) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass für jede Aufnahmeöffnung (4) eine Aufnahmebohrung (8) zur Aufnahme zumindest einer Feder (3) vorgesehen ist, wobei mindestens eine Feder (3) das elektronische Bauelement (11) an eine Innenwand (5) der Aufnahmeöffnung (4) drückt.
  2. Kühlkörper (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, die Aufnahmebohrung (8) mit einem ersten radialen Teilabschnitt (9) im Bereich des Metallkörpers (2) liegt und mit einem zweiten radialen Teilabschnitt (10) in der Aufnahmeöffnung (4) liegt, wodurch die in die Aufnahmebohrung (8) eingeführte Feder (3) in die Aufnahmeöffnung (4) hineinragt und dass die radiale Rückstellkraft der Feder (3) das elektronische Bauelement (11) an die gegenüberliegende Innenwand (5) drückt und den Thermischen Kontakt zwischen elektronischen Bauelement (11) und der gegenüberliegenden Innenwand (5) herstellt.
  3. Kühlkörper nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, die Aufnahmebohrung (8a) rechteckig oder trapezförmig ist und in einem ersten Teilabschnitt (9a) im Bereich des Metallkörpers (2a) liegt und mit einem zweiten Teilabschnitt (10a) in der Aufnahmeöffnung liegt, wodurch die in die Aufnahmebohrung (8a) eingeführte Feder (3a) in die Aufnahmeöffnung (4) hineinragt und dass die Rückstellkraft der Feder (3a) das elektronische Bauelement (11) an die gegenüberliegende Innenwand (5) drückt und den Thermischen Kontakt zwischen elektronischen Bauelement (11) und der gegenüberliegenden Innenwand (5) herstellt.
  4. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (2) aus einem Strangpressprofil besteht.
  5. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (3) eine zylindrisch gewendelte Feder ist.
  6. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (3) rohrförmig und radial wirkend ist.
  7. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (3, 3a) aus einem dauerelastischen, massiven Kunststoffzylinder oder Gummizylinder besteht.
  8. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (2) auf der Seite für die Einführung der elektronischen Bauelemente (11) an einer oder zwei gegenüberliegenden Seiten Seitenwände (6) enthält.
  9. Kühlkörper nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (6) einen Steg (14) zur örtlichen Begrenzung einer Leiterplatte enthalten.
  10. Kühlkörper nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (6) eine Stufe (15) zur örtlichen Begrenzung einer Leiterplatte enthalten.
  11. Verfahren zur Herstellung eines thermischen Kontaktes zwischen einem Kühlkörper (1) zur Wärmeableitung für ein oder mehrere elektronische Bauelemente (11), bestehend aus einem Metallkörper (2), der mindestens eine Aufnahmeöffnung (4) für ein oder mehrere elektronische Bauelemente (11) aufweist mit folgenden Verfahrensschritten: a) Einlegen einer oder mehrerer Federn (3, 3a) in die Aufnahmebohrung oder Aufnahmebohrungen (8, 8a), b) Einstecken eines oder gleichzeitig mehrerer zu kühlende elektronische Bauelemente (11) in die Aufnahmeöffnung (4), c) Andrücken des/der elektronischen Bauelementes/Bauelemente an die Innenwand (5) der Aufnahmeöffnung, wobei das Andrücken während des Einsteckens selbständig durch die radiale Rückstellkraft der Feder (3, 3a) erreicht wird.
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