DE10332096A1 - Kühlanordnung zur Kühlung eines wärmeerzeugenden Bauteils - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlanordnung (1), insbesondere zur Kühlung eines wärmeerzeugenden Bauteils, mit einem Kühlflüssigkeit (4) aufweisenden Kühlkörper (2), die auf dem wärmeerzeugenden Bauteil angeordnet ist, einem Wärmetauscher (5), dem die Kühlflüssigkeit (4) über Kühlleitungen (3) zugeführt wird, einem am Wärmetauscher (5) angeordneten Lüfter (7) und einer Pumpe (8) zur Sicherstellung der Zirkulation der Kühlflüssigkeit (4), wobei die Pumpe (8) durch den Antrieb des Lüfters (7) betrieben wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zur Kühlung eines wärmeerzeugenden Bauteils, mit einem mit Kühlflüssigkeit gefüllten Kühlkörper, die auf der elektronischen Komponente angeordnet ist, einem Wärmetauscher, dem die Kühlflüssigkeit über Kühlleitungen zugeführt wird, einem am Wärmetauscher angeordneten Lüfter und einer Pumpe zur Sicherstellung der Zirkulation der Kühlflüssigkeit.
  • Eine Steigerung der Integrationsdichte und Taktraten elektronischer Schaltungen bedingt auch eine Zunahme der Entstehung von Verlustwärme. Wird die Verlustwärme nicht zuverlässig von den wärmeentwickelnden Bauteilen abgeführt, indem für eine ausreichende Kühlung des Bauteils gesorgt wird, droht dem Bauteil eine thermische Überbelastung mit der Folge von Fehlfunktionen oder völligem Ausfall.
  • Hierzu wurden noch bis vor einigen Jahren die Bauteile, beispielsweise Mikroprozessoren von Computersystemen, mit Kühlkörpern versehen, deren Kühlrippen über die natürliche Konvektion mit Luft für einen ausreichenden Wärmeaustausch sorgten. Zur Unterstützung einer zu erzielenden Kühlung werden weiterhin üblicherweise elektrisch betriebene Lüfter zur Ableitung der entstehenden Verlustwärme eingesetzt.
  • Um eine Temperaturerhöhung der Bauteile und somit eine mögliche Zerstörung dergleichen zu verhindern, ist die Abführung der in den Bauteilen entstehenden Verlustwärme unbedingt erforderlich.
  • Leistungsfähige Bauteile bzw. Prozessoren, die eine erhöhte Wärmeabgabe verursachen, werden aufgrund der wesentlich besseren Wärmeleitfähigkeit von Wasser mittels einer Wasserkühlung gekühlt. Hierzu ist auf den Prozessoren ein mit Kühl flüssigkeit versehener Kühlkörper angeordnet. Der Kühlkörper ist zum Wärmeaustausch über Kühlleitungen mit einem Kühlkörper, dem Wärmetauscher, verbunden. Die Kühlung des Kühlkörpers erfolgt entweder durch freie Konvektion oder, falls hierdurch eine ungenügende Kühlung erzielt wird, zusätzlich über einen an dem Kühlkörper angeordneten temperaturgesteuerten Lüfter. Zur Zirkulation der Kühlflüssigkeit ist eine Pumpe vorgesehen. Sowohl Wärmetauscher als auch Pumpe können bei Platzmangel außerhalb eines Computersystems angeordnet sein.
  • Problematisch ist die Anordnung von Wärmetauscher und Pumpe innerhalb des Gehäuses, da sie zum Betrieb eigene Motoren aufweisen, die ihrerseits einen Anteil zur Gesamtverlustwärme des Systems beitragen bzw. diese erhöhen. Weiterhin müssen diese beiden eigenständig arbeitenden Komponenten überwacht und gesteuert werden können.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine zum allgemeinen Stand der Technik zählende Kühlanordnung dergestalt weiterzuentwikkeln, daß diese kostengünstiger herstellbar und einfacher verwaltbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Kühlanordnung mit einem mit Kühlflüssigkeit gefüllten Kühlkörper, die auf einer elektronischen Komponente angeordnet ist, einem Wärmetauscher, dem die Kühlflüssigkeit über Kühlleitungen zugeführt wird, einem am Wärmetauscher angeordneten Lüfter und einer Pumpe zur Sicherstellung der Zirkulation der Kühlflüssigkeit gelöst, wobei die Pumpe durch den Antrieb des Lüfters betrieben wird.
  • Dabei wird vorteilhaft eine Lüfternabe mit einem Pumpenrad der Pumpe verbunden, so daß zum Betrieb des Pumpenrades kein eigener Pumpenmotor erforderlich ist.
  • Hierdurch kann zum einen die Kühlanordnung kostengünstiger hergestellt werden. Zum anderen führt die Kopplung des Lüf ters an das Pumpenrad dazu, daß Lüfter und Pumpe als eine Komponente arbeiten, so daß eine Überwachung des Lüfters die Überwachung der Pumpe mit einschließt. Im Computersystem kann eine Komponente eingespart werden, was den durchschnittlichen Ausfallszeitpunkt (MTBF) des Computersystems erhöht.
  • Auf einfache Weise erfolgt die Kopplung der Lüfternabe mechanisch, über beispielsweise einen Kleber, mittels Mitnehmerkrallen oder über eine magnetische Kopplung. Die Kopplung bewirkt, daß sich die Drehbewegung des Lüfters auf das Pumpenrad überträgt und das Pumpenrad die Zirkulation der Kühlflüssigkeit sicherstellen kann, ohne einen eigenen Antrieb bzw. Motor aufzuweisen.
  • Im folgenden ist die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung,
  • 2 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten und zweiten Ausführungsform der Verbindung eines Lüfters mit einer Pumpe und
  • 3 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Verbindung von dem Lüfter mit der Pumpe.
  • In der 1 ist eine erfindungsgemäße Kühlanordnung schematisch dargestellt. Die Kühlanordnung 1 weist einen Kühlkörper 2 auf, der in der Regel auf einen hier nicht gezeigten Prozessor mit einem wärmeleitenden Kleber aufkleb- oder mechanisch aufklemmbar ist. Innerhalb des Kühlkörpers 2 verlaufen Kühlleitungen 3, durch die eine Kühlflüssigkeit 4, in der Regel Wasser, zirkuliert. Durch den Betrieb des Prozessors entsteht Verlustwärme, die die durch die Kühlleitungen 3 zir kulierende Kühlflüssigkeit 4 innerhalb des Kühlkörpers 2 erwärmt. Die Kühlflüssigkeit 4 wird, wie über Pfeile angedeutet, über die auch außerhalb des Kühlkörpers 2 verlaufenden Kühlleitungen 3 zu einem Wärmetauscher 5 transportiert. Der Wärmetauscher 5 dient in diesem Wasserkreislauf zum Wärmeaustausch, was bedeutet, daß die erwärmte Kühlflüssigkeit 4 über die Kühlleitungen 3 durch Lamellen 6 des Wärmetauschers 5 geführt wird und durch freie Konvektion an der Umgebungsluft abkühlen kann.
  • Eine wesentlich verbesserte Wärmeableitung kann durch einen am Wärmetauscher 5 angeordneten Lüfter 7 erzielt werden. Eine Pumpe 8 sorgt für den kontinuielichen Wasserkreislauf innerhalb des Systems. Die Pumpe 8 ist dergestalt mit dem Lüfter 7 verbunden, daß sie durch den Antrieb des Lüfters 7 betrieben wird.
  • Die 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer ersten und zweiten Ausführungsform der Verbindung eines Lüfters mit einer Pumpe. Der Lüfter 7 ist in einem Gehäuse 9 angeordnet und weist Lüfterflügel 10 und eine Lüfternabe 11 auf. Über dünne Stege 12, die den Luftdurchdatz der Lüfterflügel 10 nicht beeinträchtigen, ist die Pumpe 8 an dem Gehäuse 9 des Lüfters 7 befestigt. Ein hier nicht sichtbares Pumpenrad der Pumpe 8 ist in einer ersten Ausführungsform mit der Lüfternabe 11 über einen Klebstoff 13 verbunden. In einer zweiten Ausführungsform ist das Pumpenrad über eine Mitnehmerkralle 14, die direkt in den Fußbereich 15 der Lüfterflügel 10 eingreift, an dem Lüfter 7 befestigt.
  • In der 3 ist eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Verbindung von dem Lüfter 7 mit der Pumpe 8 dargestellt. Der Lüfter 7 und die Pumpe 8 sind über ein sowohl an der Lüfternabe 11 und am Pumpenrad angeordnetes Magnet 16 elektromagnetisch miteinander gekoppelt.
  • Die vorgeschlagenen Verbindungen von Lüfternabe 11 und Pumpenrad bewirken, daß eine Drehbewegung des Lüfters 7 direkt auf das Pumpenrad übertragen wird, so daß die Pumpe 8 die Zirkulation der Kühlflüssigkeit 4 durch den Kreislauf sicherstellt. Von besondere Bedeutung ist dabei, daß die Pumpe zum Pumpen der Kühlflüssigkeit keinen eigenen Antrieb bzw. Motor aufweist.
  • Die vorgeschlagene Kühlanordnung ist aufgrund der Verbindung von Pumpenrad mit dem Lüfter günstiger herstellbar. Ebenso ist die Verwaltung vereinfacht, da ein Monitoren des Lüfters automatisch die Funktionalität des Pumpenrades mit überprüft. Der Wärmetauscher mit Lüfter und Pumpe kann sowohl innerhalb als auch für einen besseren Wärmeaustausch außerhalb eines Computergehäuses installiert werden.
  • 1
    Kühlanordnung
    2
    Kühlkörper
    3
    Kühlleitung
    4
    Kühlflüssigkeit
    5
    Wärmetauscher
    6
    Lamellen
    7
    Lüfter
    8
    Pumpe
    9
    Gehäuse
    10
    Lüfterflügel
    11
    Lüfternabe
    12
    Stege
    13
    Klebstoff
    14
    Mitnehmerkralle
    15
    Fußbereich
    16
    Magnet

Claims (8)

  1. Kühlanordnung (1), insbesondere zur Kühlung eines wärmeerzeugenden Bauteils, mit – einem Kühlflüssigkeit (4) aufweisenden Kühlkörper (2), die auf dem wärmeerzeugenden Bauteil angeordnet ist, – einem Wärmetauscher (5), dem die Kühlflüssigkeit (4) über Kühlleitungen (3) zugeführt wird, – einem am Wärmetauscher (5) angeordneten Lüfter (7) und – einer Pumpe (8) zur Sicherstellung der Zirkulation der Kühlflüssigkeit (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (8) durch den Antrieb des Lüfters (7) betrieben wird.
  2. Kühlanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lüfternabe (11) des Lüfters (7) mit einem Pumpenrad der Pumpe (8) verbunden ist und die Drehbewegung des Lüfters (7) auf das Pumpenrad übertragen wird.
  3. Kühlanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mechanisch hergestellt ist.
  4. Kühlanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung über einen Klebstoff (13) hergestellt ist.
  5. Kühlanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe an einer Mitnehmerkralle (14) befestigt ist, die direkt in einen Fußbereich (15) von Lüfterflügeln (10) des Lüfters (7) greift.
  6. Kühlanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung über eine magnetische Kopplung mittels Magnete (16) erfolgt.
  7. Kühlanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der am Wärmetauscher (5) angeordnete Lüfter (7) temperaturgesteuert ist.
  8. Kühlanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeerzeugende Bauteil ein Prozessor ist.
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