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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein wärmeerzeugendes
elektronisches Bauteil in einem Computergehäuse, sowie ein mit einer solchen
Kühlvorrichtung
versehenes Computergehäuse.
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In
zahlreichen elektronischen Geräten
findet man heute elektronische Bauteile, die auf Grund ihrer hohen
Integrationsdichte und/oder ihrer hohen Taktfrequenz einen großen Teil
der im Betrieb aufgenommenen elektrischen Energie wieder in Form
von Wärme
abgeben. Da diese elektronischen Bauteile in der Regel auch sehr
temperaturempfindlich sind, müssen
sie kontinuierlich gekühlt
werden. Typische derartige elektronische Geräte sind Computer oder Server,
in denen insbesondere der (oder die) Hauptprozessor(en), sowie Peripherieprozessoren,
wie beispielsweise Grafikprozessoren, sehr viel Wärme entwickeln.
Daher wird im Folgenden in erster Linie von Computern die Rede sein,
jedoch versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung auch auf
andere elektronische Geräte
anwendbar ist, die zu kühlende elektronische
Bauteile enthalten.
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Als
besonders kostengünstige
und zuverlässige
Form der Kühlung,
wie sie insbesondere bei Personalcomputern (PCs) oder Servern realisiert
wird, hat sich die Kühlung
mit Umgebungsluft erwiesen. Dazu ist in dem Gehäuse des elektronischen Geräts üblicherweise
ein elektrisch betriebener Lüfter
angeordnet, der über
in dem Gehäuse
ausgesparte Lüftungsöffnungen
kühlere
Umgebungsluft ansaugt und sie als geeignet geführten Kühlluftstrom an den zu kühlenden
elektronischen Bauteilen entlang führt. Der dadurch erwärmte Luftstrom
wird anschließend wieder
aus dem Gehäuse
herausgeführt,
so dass die vom Luftstrom mitgeführte
Wärme an
die Umgebung abgegeben werden kann.
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Zur
Verbesserung des Wärmeaustauschs zwischen
dem wärmeerzeugenden
elektronischen Bauteil und dem Kühlluftstrom
ist üblicherweise
ein Kühlkörper vorgesehen,
der mit dem elektronischen Bauteil in thermischem Kontakt steht
und die von dem Bauteil erzeugte Wärme ableitet. Der Kühlkörper weist
eine durch Kühlrippen
oder Kühllamellen vergrößerte Oberfläche auf,
welche den Wärmeaustausch
mit dem Kühlluftstrom
verbessert. Weit verbreitet ist ein Kühlkörper, der eine Grundplatte
aufweist, deren Unterseite mit dem wärmeerzeugenden elektronischen
Bauteil in thermischem Kontakt steht und deren Oberseite mit im
Wesentlichen senkrecht zu der Grundplatte orientierten, typischerweise
plattenartig ausgebildeten Kühlrippen
versehen ist. Der Kühlkörper wird
lösbar
auf das wärmeerzeugende elektronische
Bauteil gepresst. Im Fall von Mikroprozessoren ist dazu meist ein
gehäuseartiges
Basisteil vorgesehen, welches direkt oder indirekt, beispielsweise über eine
Grundplatine (Motherboard) mit dem Computergehäuse verbunden ist und das zu
kühlende
elektronische Bauteil umgibt. Der Kühlkörper ist in diesem Fall mit
geeigneten Befestigungsmitteln lösbar
mit dem Basisteil verbunden wobei durch die Dimensionierung des
Basisteils und der Befestigungsmittel gewährleistet ist, dass ein ausreichend
großer Anpressdruck
des Kühlkörpers auf
dem wärmeerzeugenden
elektronischen Bauteil erzeugt wird. Zwischen dem elektronischen
Bauteil und der Unterseite des Kühlkörpers kann
eine handelsübliche
Wärmeleitpaste
zur weiteren Verbesserung des thermischen Kontaktes vorgesehen sein.
Bekannte Befestigungsmittel für
Kühlkörper auf
elektronischen Bauteilen sind beispielsweise in den deutschen Gebrauchsmustern
DE-U 201 01 040 und DE-U 202 17 078 beschrieben.
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Es
hat sich außerdem
bewährt,
in dem Computergehäuse
ein oder mehrere spezielle Kühlluftführungselemente
vorzusehen, die gewährleisten,
dass besonders kritische elektronische Bauteile effektiv gekühlt werden
können.
In der deutschen Patentanmeldung DE-A 199 47 016 wird eine Kühlvorrichtung für Computergehäuse beschrieben,
die wenigstens einen, einen Luftstrom im Gehäuse erzeugenden Lüfter zur
Kühlung
der im Gehäuse
angeordneten wärmeerzeugenden
Komponenten umfasst, wobei eine geeignete Führung des Luftstroms ermöglicht, zahlreiche
unterschiedliche elektronische Bauteile in dem Computergehäuse mit
dem von dem Lüfter
erzeugten Luftstrom zu kühlen.
Dadurch kann die Anzahl der Lüfter
im Computergehäuse
reduziert werden. In diesem Dokument wird dazu vorgeschlagen, über besonders
effektiv zu kühlenden
elektronischen Bauteilen, wie beispielsweise dem Hauptprozessor, ein
Kühlluftführungselement
mit einem haubenartigen, im Querschnitt im Wesentlichen U-förmigen Mantel
anzuordnen, der über
dem elektronischen Bauteil einen definierten Luftkanal bildet, so
dass eine besonders wirksame Wärmeabfuhr
durch Konvektion gewährleistet
ist.
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Wenn
das zu kühlenden
wärmeerzeugende elektronische
Bauteil aber mit einem Kühlkörper versehen
ist, der durch Befestigungsmittel, wie sie in den oben erwähnten Gebrauchsmustern
DE-U 201 01 040 und DE-U 202 17 078 beschrieben sind, auf das elektronische
Bauteil gepresst wird, muss das Kühlluftführungselement so dimensioniert
sein, dass es nicht nur den Prozessor mit seinem Kühlkörper, sondern
auch die erforderlichen Befestigungsmittel umgibt. Bei den bekannten
Befestigungsmitteln entstehen durch die asymmetrische, seitlich
ausladende Form des Befestigungsmittels (vergleiche 7 der DE-U
201 01 040) und/oder seitlich angeordnete Betätigungshebel (vergleiche 1 der
DE-U-201 01 040) große
Spalträume
zwischen dem Kühlkörper und
der Innenfläche
des Kühlluftführungselements. Diese
Spalträume
bilden einen Bypass mit geringem Strömungswiderstand für den Kühlluftstrom,
so dass ein großer
Anteil des Kühlluftstroms
nicht für
einen effektiven Wärmeaustausch
mit dem Kühlkörper zur Verfügung steht.
Mit steigender Prozessorleistung muss aber auch der durch das Kühlluftführungselement
geleitete Luftstrom stark erhöht
werden, was bei gegebener Geometrie im Computergehäuse nur durch
eine Erhöhung
der Lüfterdrehzahl
und/oder den Einsatz weiterer Lüfter
erreicht werden kann. Beide Maßnahmen
sind wegen der stärkeren
Geräuschentwicklung,
der zusätzlichen
Energieaufnahme der Lüfter
und, im Fall des Einsatzes von mehreren Lüftern, der höheren Gesamtherstellungskosten nachteilig.
Außerdem
sind die mehrteiligen Befestigungsvorrichtungen, wie sie in den
oben genannten Gebrauchsmustern beschrieben sind, in der Herstellung
teuer.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zu Grunde,
eine Kühlvorrichtung für ein wärmeerzeugendes
elektronisches Bauteil anzugeben, bei dem ein von einem Kühlluftführungselement
umgebener Kühlkörper durch
geeignete Befestigungsmittel so auf das zu kühlende elektronische Bauteil
gepresst wird, dass Spalträume
zwischen dem Kühlkörper und
dem Kühlluftführungselement minimiert
werden und praktisch der gesamte Kühlluftstrom für einen
effektiven Wärmeaustausch
mit dem Kühlkörper zur
Verfügung
steht. Außerdem
soll das Befestigungsmittel kostengünstig herstellbar sein.
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Gelöst wird
dieses technische Problem durch die Kühlvorrichtung gemäß vorliegendem
Anspruch 1 und das mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung versehene Computergehäuse gemäß vorliegendem
Anspruch 12. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der
abhängigen
Ansprüche.
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Gegenstand
der Erfindung ist demnach eine Kühlvorrichtung
für ein
wärmeerzeugendes
elektronische Bauteil in einem Computergehäuse mit einem Kühlkörper, der
eine Grundplatte aufweist, deren Unterseite mit dem wärmeerzeugenden
elektronischen Bauteil in thermischem Kontakt steht und deren Oberseite
mit im Wesentlichen senkrecht zu der Grundplatte orientierten Kühlrippen
versehen ist, einem Basisteil, das mit dem Computergehäuse verbunden
ist, wenigstens einem Befestigungsmittel, welches den Kühlkörper lösbar mit
dem Basisteil verbindet, und einem den Kühlkörper umgebenden Kühlluftführungselement,
das eine Eintrittsöffnung und
eine Austrittsöffnung
für den
Kühlluftstrom
aufweist. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel als Halteklammer
ausgebildet ist, welche in eine Ausnehmung eingesetzt ist, die in
der zu der Austrittsöffnung
und/oder der Eintrittsöffnung
des Kühlluftführungselements
gerichteten Stirnseite des Kühlkörpers ausgespart
ist, wobei die Halteklammer seitliche Schenkel aufweist, die im
Wesentlichen parallel zu den Seitenflächen des Kühlkörpers verlaufen und in das
Basisteil eingreifen.
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Der
Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, entweder den Kühlkörper an
die verwendete Halteklammer bzw. die Halteklammer an den Kühlkörper so
anzupassen, dass Spalträume
zwischen dem Kühlkörper und
dem Kühlluftführungselement und
damit entsprechende Bypässe
für den
Kühlluftstrom
minimiert oder auf ein Maß beschränkt werden, bei
dem auch die Bypässe
noch effektiv zur Kühlung beitragen
können.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung wird der Kühlkörper so
an die Halteklammer angepasst, dass die im Stand der Technik, beispielsweise
die in den Gebrauchsmustern
DE
201 01 040 oder
DE
202 17 078 beschriebenen Halteklammern weiterhin verwendet
werden können.
Dazu ist bei dieser Ausführungsform
die in der Stirnseite des Kühlkörpers ausgesparte
Ausnehmung als ein, im wesentlichen an die Form der Halteklammer
angepasster, Einschnitt ausgebildet. Der Einschnitt kann beispielsweise
die Form eines umgehrten "U" oder eines liegenden "L" aufweisen, so dass ein vorspringender
Stirnabschnitt des Kühlkörpers definiert
wird, der, in Strömungsrichtung
gesehen, eine kleinere Querschnittsfläche als der restliche Kühlkörperblock aufweist.
Dieser kleine Vorsprung ist an die Abmessungen der verwendeten Halteklammer
angepasst, die dann zusammen mit dem Kühlkörper leicht in das Kühlluftführungselement
integriert werden kann. Große
Bypässe
für Kühlluft können aber
trotz des verminderten Querschnitts des Vorsprungs und trotz gegebenenfalls
vorhandener, seitlich ausladender Betätigungshebel der Halteklammer
nicht entstehen, da der restliche Kühlkörperblock so an das Kühlluftführungselement
angepasst ist, dass nur geringe Spalträume zwischen der Innenwand
des Elements und dem Kühlkörperblock
vorhanden sind.
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Bei
dieser Variante der Erfindung können
die Spalträume
sogar verschwinden, so dass die Außenflächen des Kühlkörpers mit den Innenflächen des Kühlluftführungselementes
in Kontakt kommen. Dies kann, beispielsweise bei einer weiter unten
beschriebenen Variante der Erfindung, bei welcher das Kühlluftführungselement
mit einer metallischen Einlage versehen ist, sogar erwünscht sein.
Im Allgemeinen ist jedoch bevorzugt, dass zwischen wenigstens einer
Seitenfläche
des Kühlkörpers und
der angrenzenden Innenfläche
des Kühlluftführungselements wenigstens
ein Abstandshalter angeordnet ist. Der Abstandshalter ist so bemessen,
dass ein Bypass entsteht, der ohne unnötige Verluste an ungenützter Kühlluft zu
einem effektiven Wärmeabtransport
beiträgt.
Vorzugsweise definiert der Abstandshalter daher einen Bypass mit
einer Breite, die im wesentlichen dem Abstand zweier benachbarten
Platten des Kühlkörpers entspricht.
Der Abstandshalter kann mit der Seitenfläche des Kühlkörpers oder mit der Innenfläche des
Kühlluftführungselements
verbunden sein. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Abstandshalter
um eine auf der Innenfläche
des Kühlluftführungselements
ausgebildete Sicke.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist die Halteklammer an das Profil des Kühlkörpers angepasst
und weist keine seitlich ausladenden Betätigungshebel auf, so dass auch
hier Spalträume
zwischen dem Kühlkörper und
dem Kühlluftführungselement
und damit entsprechende Bypässe
für den
Kühlluftstrom
minimiert werden. Dazu ist die in der Stirnseite des Kühlkörpers ausgesparte Ausnehmung
als Nut ausgebildet. Der Kühlluftstrom muss
auch bei dieser Variante nahezu vollständig zwischen den Kühlrippen
hindurchströmen,
so dass eine effektive Wärmeabfuhr
gewährleistet
ist. Der verbleibende Spaltraum zwischen den seitlichen Kühlrippen
und dem Kühlluftführungselement
ist so gering, dass auch dort strömende Kühlluft zu einer effektiven
Wärmeabfuhr
beträgt.
Da die Halteklammer bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in eine in der
Stirnfläche
des Kühlkörpers ausgesparte
Nut eingesetzt ist, sind auch die Spalträume auf der Oberseite des Kühlkörpers minimiert.
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Die
Halteklammer wird in die Nut eingesetzt und mit ihren seitlichen
Schenkeln so nach unten gedrückt,
dass die freien Enden der Schenkel in geeignete, in dem Basisteil
vorgesehene Aussparungen einrasten können. Durch die Elastizität der Halteklammer
wird dabei ein Druck des Kühlkörpers auf das
zu kühlende
elektronische Bauteil erzeugt. Das Profil der elastischen Halteklammer
und das Nutprofil sind so aufeinander abgestimmt, dass die Ausbildung
sich der Druck gleichmäßig auf
das zu kühlende elektronische
Bauteil verteilt. Gemäß einer
besonders bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung verläuft zu diesem
Zweck die in der Stirnfläche
des Kühlkörpers ausgesparte
Nut im Wesentlichen parallel zu der Grundplatte des Kühlkörpers. In
diesem Fall ist es zur Erzeugung des Anpressdrucks vorteilhaft,
wenn die Halteklammer in dem in die Nut einzusetzenden Abschnitten
leicht gebogen ist und beispielsweise insgesamt ein im Wesentlichen
M-förmiges
Profil aufweist.
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Zwischen
die Oberseite des zu kühlenden elektronischen
Bauteils und die Unterseite des Kühlkörpers bringt man vorteilhaft
eine Wärmeleitpaste ein.
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Die
Halteklammer ist vorteilhaft als flacher Metallstreifen ausgebildet,
wobei „flach" im Bezug auf die
senkrecht zum Kühlluftstrom
orientierte Querschnittsfläche
zu verstehen ist. Durch die flache Ausbildung der Halteklammer wird
der Strömungswiderstand
des Kühlluftstroms
durch den Einbau der Halteklammer praktisch nicht erhöht. Die
Halteklammer kann als Metallstreifen, vorzugsweise als einstückiger Metallstreifen
ausgebildet sein, der in das gewünschte,
beispielsweise M-förmige
Profil gebogen oder gepresst worden ist.
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Vorteilhaft
sind an beiden Stirnseiten des Kühlkörpers jeweils
eine Halteklammer vorgesehen, um einen sicheren Halt des Kühlkörpers zu
gewährleisten,
so dass sich der Kühlkörper auch
bei unsachgemäßer Behandlung
des Computergehäuses
oder durch Stöße oder
Vibrationen beim Transport des Computergehäuses nicht von dem zu kühlenden, wärmeerzeugenden
elektronischen Bauteil lösen kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Variante der Erfindung ist das Kühlluftführungselement mit einem Lüfter verbunden.
Beispielsweise kann das Kühlluftführungselement
direkt mit dem Lüfter
eines Stromversorgungsmoduls verbunden sein. In diesem Fall wird man
vorteilhaft die Abmessungen des Kühlkörpers und des Kühlluftführungselements
an die Abmessungen des Lüfters
anpassen, so dass eine optimale Führung der Kühlluft gewährleistet ist. Dabei wird man
den Kühlkörper so
groß wie
möglich
wählen,
um eine möglichst
große
Fläche
des Kühlrippen
zu gewährleisten.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
ist das Kühlluftführungselement
mit einem Mantel aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit
versehen, der auf seiner Innenfläche,
die im eingebauten Zustand zu dem elektronischen Bauteil mit dem
Kühlkörper hin
gerichtet ist, zumindest teilweise mit einer Einlage aus einem Material
mit hoher Wärmeleitfähigkeit
versehen. Dieser bevorzugten Variante der Erfindung liegt die Beobachtung
zu Grunde, dass bei gegebenem Kühlluftstrom
ein gewisser Anteil der von dem elektronischen Bauteil erzeugten Wärme durch
Konvektion mit dem Kühlluftstrom
abgeführt
wird, während
ein anderer Teil der Wärme
als Strahlungswärme
das über
dem elektronischen Bauteil und dem Kühlkörper angeordnete haubenartige Kühlluftführungselement
erwärmt.
Das Kühlluftführungselement
strahlt diese Wärme
wiederum in das Innere des Computergehäuses ab, was letztlich zu einer
Erhöhung
der Eingangstemperatur des dem zu kühlenden elektronischen Bauteil
zugeführten
Luftstroms führt,
so dass sich die Effizienz der Luftkühlung verringert. Um diesen
Effekt zu minimieren wird das Kühlluftführungselement üblicherweise
aus einem schlecht wärmeleitenden
Material, beispielsweise einem Kunststoffmaterial hergestellt. Bei
immer höherer
abzuführender
Wärmemenge
reicht diese Maßnahme
aber nicht aus, eine weitere Erwärmung der
Luft im Inneren des Computergehäuses
zu verhindern. Das üblicherweise
in modernen Computern vorgesehene Regelungssystem, welches die Prozessortemperatur überwacht,
wird daher in den vorgegebenen Grenzen versuchen, die Lüfterleistung
zu erhöhen
und/oder die Prozessorleistung, d.h. im wesentlichen die Taktrate des
Prozessors, zu verringern. Die Erfindung schlägt demgegenüber vor, die in Richtung des
Kühlluftführungselementes
abgestrahlte Wärme
effektiv aus dem Computergehäuse
abzuführen.
Dazu wird erfindungsgemäß auf der
im eingebauten Zustand zu dem zu kühlenden elektronischen Bauteil
hin gerichteten Innenfläche
des Mantels des Kühlluftführungselementes
eine Einlage aus einem Material angeordnet, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit
als das Material des Mantels aufweist. Diese Einlage ist thermisch
mit einer geeigneten Wärmesenke
verbunden, vorzugsweise mit dem Computergehäuse selbst oder zumindest größeren metallischen
Komponenten des Computergehäuses.
Die zu dem elektronischen Bauteil hingerichtete Einlage nimmt den
größten Teil
der von dem elektronischen Bauteil abgestrahlten Wärme auf
und leitet sie beispielsweise zu dem Computergehäuse ab, wo sie über die
große
Fläche
des Computergehäuses schnell
an die äußere Umgebungsluft
abgeführt
wird. Die Erwärmung
des Mantels des Kühlluftführungselementes,
der eine geringere Wärmeleitfähigkeit
besitzt, und damit die Erwärmung
der Luft im Inneren des Computergehäuses wird durch diese Maßnahme drastisch
reduziert. Der insgesamt nach Außen abgeführte Wärmestrom wird erhöht, so dass
man ohne Vergrößerung des
Kühlluftstroms
eine niedrigere Prozessortemperatur und/oder eine höhere Prozessorleistung
verwirklichen kann.
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Bei
zahlreichen bekannten Computern ist in dem Computergehäuse ein
Stromversorgungsmodul vorgesehen, das häufig bereits den einen Kühlstrom erzeugenden
Lüfter
umfasst. Die elektrischen Komponenten des Stromversorgungsmoduls
und der Lüfter
sind dabei typischerweise von einem Metallgehäuse umgeben. In diesem Fall
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die gut wärmeleitende
Einlage des Kühlluftführungselementes
mit dem Metallgehäuse des
Stromversorgungsmoduls in thermischem Kontakt steht. Das Stromversorgungsmodul
steht wiederum mit Metallkomponenten des Computergehäuses, das
gegebenenfalls auch insgesamt aus Metall bestehen kann, in thermischem
Kontakt, so dass eine effektive Abfuhr der von der Einlage absorbierten Strahlungswärme nach
außen
gewährleistet
ist. Die jeweiligen Kontaktflächen
können
verschraubt, vernietet, verschweißt und/oder mit Wärmeleitpaste
behandelt sein.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
des Kühlluftführungselementes
ist die Einlage von der Innenseite des Kunststoffmantels beabstandet,
so dass eine direkte Wärmeübertragung zwischen
Einlage und Mantel verhindert oder zumindest stark reduziert wird.
Zwischen der Einlage und dem Mantel kann eine weitere wärmeisolierende Schicht
vorgesehen sein, der Wärmeleitfähigkeit niedriger
als die Wärmeleitfähigkeit
des Mantels ist. Üblicherweise
reicht es aber aus, wenn die zwischen Einlage und Innenseite des
Mantels ausgebildete Luftschicht als thermische Isolierung dient.
Vorzugsweise besteht der Abstand zwischen der Einlage und der Innenseite
des Mantels 0,5 bis 5 mm, besonders bevorzugt 1 bis 3 mm. Der Abstand
zwischen Einlage und Mantel kann durch geeignete, auf der Innenfläche des
Mantels vorgesehene Abstandshalter gewährleistet werden. Diese Abstandshalter
sind vorzugsweise einstückig
mit dem Mantel des Kühlluftführungselements
ausgebildet.
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Da
die Einlage insbesondere dazu dient, die von dem elektronischen
Bauteil, also beispielsweise vom Prozessor abgestrahlte Wärme zu absorbieren, ist
vorzugsweise die im eingebauten Zustand zu dem elektronischen Bauteil
weisende Unterseite der Einlage geschwärzt. Besonders bevorzugt ist
die geschwärzte
Unterseite mattiert oder rau, um das Wärmeabsorptionsvermögen weiter
zu erhöhen.
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Wenn
hier von einer Einlage aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit
und einem Mantel aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit die
Rede ist, so bezieht sich dies zunächst auf den unmittelbaren
Vergleich der jeweiligen Materialien, d.h. man wird die Materialien
so auswählen,
dass die Einlage eine höhere
Wärmeleitfähigkeit
als der Mantel des Kühlluftführungselements
aufweist. Besonders vorteilhaft besteht der Mantel beispielsweise aus
einem Kunststoffmaterial und die Einlage aus Metall, beispielsweise
aus einer Metallfolie oder einem Metallblech. Geeignete Metalle
sind beispielsweise Kupfer oder Aluminium.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch ein Computergehäuse mit zumindest einem wärmeerzeugenden
Bauteil, das mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung versehen ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf ein in den beigefügten Zeichnungen schematisch
dargestelltes Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigen
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1 eine
Darstellung der Luftführung
in einem Computergehäuse;
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2 eine
Explosionsdarstellung des Kühlkörpers, der
Halteklammer und des Basisteils einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung;
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3 eine
Explosionsdarstellung des Kühlkörpers, der
Halteklammer und des Basisteils einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung;
und
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4 eine
Stirnansicht der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
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In 1 ist
ein insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnetes Computergehäuse aus
Metall schematisch dargestellt. In dem Computergehäuse erkennt
man einen Zentralprozessor (CPU) 11, ein Festplattenlaufwerk 12 und
ein Kompaktdisk-Laufwerk 13. An Steckplätzen 14 können geeignete
(hier nicht dargestellte) Erweiterungskarten installiert werden.
In der Nähe
des Festplattenlaufwerks 12 sind Lufteintrittsöffnungen 15 in
dem Computergehäuse 10 ausgespart.
In einer anderen Seitenwand des Gehäuses 10 sind Luftaustrittsöffnungen 16 ausgespart. Im
Inneren des Gehäuses 10,
unmittelbar vor den Luftaustrittsöffnungen 16 ist ein
Stromversorgungsmodul 17 angeordnet, das von einem Metallgehäuse 18 umgeben
ist. In dem Stromversorgungsmodul 17, das ebenfalls über geeignete
Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnungen
verfügt,
ist ein Lüfter 19 angeordnet,
der in dem Computergehäuse 10 einen
schematisch durch Pfeile 20 symbolisierten Luftstrom erzeugt.
Unmittelbar stromaufwärts
vor dem Lüfter 19 ist
ein Kühlluftführungselement 21 angeordnet,
welches den Zentralprozessor 11 haubenartig umgibt, so dass
gewährleistet
ist, dass praktisch der gesamte von dem Lüfter 19 erzeugte Kühlluftstrom 20 an
dem Zentralprozessor 11 vorbeigeführt wird. Das Kühlluftführungselement 21 weist
eine Lufteintrittsöffnung 22 und
eine zum Lüfter 19 weisende
Luftaustrittsöffnung 23 auf.
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Zur
Vergrößerung der
Kontaktfläche
mit dem Kühlluftstrom
ist über
dem Zentralprozessor 11 eine Kühlkörper 24 angeordnet,
der im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 detaillierter
beschrieben wird.
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In 2 ist
schematisch eine Explosionsdarstellung einer ersten bevorzugten
Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
für ein
wärmeerzeugendes
elektronisches Bauteil, beispielsweise den Mikroprozessor 11,
dargestellt. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung
umfasst einen Kühlkörper 24,
der eine Grundplatte 25 aufweist, deren Unterseite 26 mit
dem wärmeerzeugenden
elektronischen Bauteil 11 in thermischem Kontakt steht.
Von der Oberseite 27 der Grundplatte erstrecken sich plattenartige
Kühlrippen 28 nach
oben, die parallel zum Kühlluftstrom 20 orientiert
sind. Der Kühlluftstrom
wird durch das Kühlluftführungselement 21 definiert
(vergleiche 1), welches den Kühlkörper 16 und
das elektronische Bauteil 11 umgibt, aber in 2 der Übersichtlichkeit
halber nicht gezeigt ist.
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Zur
lösbaren
Befestigung des Kühlkörpers 24 auf
dem elektronischen Bauteil 11 ist im dargestellten Beispiel
ein Basisteil 29 vorgesehen, das fest mit dem Computergehäuse beziehungsweise
der Grundplatine (Motherboard) 30 verbunden ist. Dazu ist
in den Stirnseiten 31, 32 des Kühlkörpers 24 jeweils
eine Ausnehmung ausgespart, die bei der dargestellte Variante als
Einschnitt 52, 53 ausgebildet ist. Jeder Einschnitt 52, 53,
der im Beispiel die Form eines liegenden "L" aufweist,
definiert einen vorspringenden Abschnitt 54, 55 des
Kühlkörpers 24,
der einen kleineren Querschnitt senkrecht zu der Luftströmung 20 als
der restliche Kühlkörperblock
besitzt. In den Einschnitt 52, 53 wird jeweils
eine elastische Halteklammer 35a eingesetzt. Die Halteklammer 35a, bei
an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, weist ein im Wesentlichen
M-förmiges
Profil auf, das von zwei seitlichen Schenkeln 36a, 37a und
einem mittleren Abschnitt 38a gebildet wird. Der mittlere
Abschnitt 38a ist leicht nach unten gebogen. Die Abmessungen
der Halteklammer 35a sind an die Abmessungen des Vorsprungs 54, 55 des
Kühlblocks 24 angepasst.
Die Schenkel 36a, 37a verlaufen im Wesentlichen
parallel zu den Seitenflächen 40, 41 des
Kühlkörpers 24.
Im dargestellten Beispiel ist die Breite des Hauptblocks 56 Kühlkörpers 24 größer als die
Breite des Vorsprungs 54, 55, so dass der Schenkel 36a der
Haltekammer nicht die äußere Seitenfläche 41 des
Kühlkörpers sondern
eine weiter innen liegende Fläche 57 des
Vorsprungs 54 umgreift. Daher befindet sich auch ein seitlich
auskragender Betätigungshebel 58 der
Halteklammer 35a im zusammengebauten Zustand der Vorrichtung
noch innerhalb der Querschnittfläche
des Hauptblocks 56. Wenn der gesamte Kühlkörper 24 dann von dem
(in 2 nicht dargestellten) Kühlluftführungselement 21 umgeben
ist, entstehen praktisch keine Bypässe. Zur Bildung eines definierten
Bypasses kann beispielsweise an der Innenfläche des Kühlluftführungselements 21 eine
Sicke 59 als Abstandshalter angeordnet werden, die dafür sorgt,
dass zwischen der Seitenfläche 41 des
Kühlkörpers und
er Innenfläche des
Kühlluftführungselements
ein Abstand aufrechterhalten wird, der dem Abstand zweier Kühlrippen 28 entspricht
(vergleiche 1). Die freien Enden der Schenkel 36a, 37a weisen
Haken 42a, 43a auf, die in entsprechende Öffnungen 44, 45, 46 des
Basisteils 29 eingreifen können. Das Basisteil 29 ist
im dargestellten Beispiel ebenfalls an die Form des Kühlkörpers 24 mit
seinem Vorsprung 54, 55 angepasst. Zur leichteren
Montage ist an dem als Federbogen wirkenden Mittelteil 38a der
Halteklammer 35a eine Betätigungsfläche 47a vorgesehen,
die der Monteur zum Einhängen
des Hakens 43a nach unten drücken kann.
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In 3 ist
schematisch eine Explosionsdarstellung einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
für ein
wärmeerzeugendes
elektronisches Bauteil, beispielsweise den Mikroprozessor 11,
dargestellt. Bauelemente, die denjenigen der Ausführungsform
der 2 entsprechen oder eine vergleichbare Funktion
erfüllen sind
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet und werden hier nicht näher erläutert.
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Bei
dieser Variante der Erfindung ist zur lösbaren Befestigung des Kühlkörpers 24 auf
dem elektronischen Bauteil 11 wieder ein Basisteil 29 vorgesehen,
das fest mit dem Computergehäuse
beziehungsweise der Grundplatine 30 verbunden ist (vergleiche 4).
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Dazu
ist die in den Stirnseiten 31, 32 des Kühlkörpers 24 ausgesparte
Ausnehmung jeweils eine Nut 33, 34 ausgebildet,
in welche eine elastische Halteklammer 35b eingesetzt wird.
Die Halteklammer 35b weist ebenfalls ein (in 4 deutlicher
erkennbares) im Wesentlichen M-förmiges
Profil auf, das von zwei seitlichen Schenkeln 36b, 37b und
einem mittleren Abschnitt 38b gebildet wird. Der mittlere
Abschnitt 38b ist leicht nach unten gebogen und kann, wie
im dargestellten Beispiel, eine Längsprägung 39 aufweisen.
Die Längsprägung 39 ist
an eine in den Figuren nicht erkennbare, in den Auflageflächen der
Nuten 33, 34 vorgesehen Rille angepasst und fixiert
die Halteklammer 35b in Längsrichtung. Zudem erhöht die Längsprägung 39 die
Federkraft der Halteklammer. Die Schenkel 36b, 37b verlaufen wiederum
im Wesentlichen parallel zu den Seitenflächen 40, 41 des
Kühlkörpers 24.
Auch bei dieser Variante weisen die freien Enden der Schenkel 36b, 37b weisen
Haken 42b, 43b auf, die in entsprechende Öffnungen 44, 45, 46 des
Basisteils 29 eingreifen können. Zur leichteren Montage
ist an dem als Federbogen wirkenden Mittelteil 38b der
Halteklammer 35b ebenfalls eine Betätigungsfläche 47b vorgesehen,
die der Monteur zum Einhängen
des Hakens 43b nach unten drücken kann.
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4 zeigt
eine Stirnansicht der in 3 dargestellten erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
im zusammengebauten Zustand. Man erkennt insbesondere, dass Spalträume zwischen
dem Kühlkörper 24 und
dem haubenartigen Luftführungselement 21 weitgehend
vermieden werden. Ferner wird aus 2 insbesondere
die schichtartige Struktur des Luftführungselementes 21 deutlich,
das eine innere Metalleinlage 48 und einen äußeren Kunststoffmantel 49 aufweist.
Man erkennt außerdem,
dass die Halteklammer 35b, die im dargestellten Beispiel
als dünner
Metallstreifen mit minimalem Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung
der Kühlluft
ausgebildet ist, im Bereich der seitlichen Schenkel 36b, 37b mit Zentrierungshöckern 50, 51 zur
seitlichen Lagefixierung der Halteklammer 35b bezüglich des
Kühlkörpers 24 versehen
ist.