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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft Halterungssysteme für Kühlelemente und insbesondere Halterungssysteme mit Kraftbegrenzung für Kühlelemente, die ohne Werkzeug von oben betätigt werden können.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Kühlelement wird üblicherweise dazu verwendet, eine wärmeerzeugende Komponente in Elektronikgeräten wie beispielsweise einem Computersystem durch Übertragen der Wärmeenergie von der wärmeerzeugenden Komponente zu einem zweiten Objekt oder Medium mit einer niedrigeren Temperatur, zum Beispiel der Umgebungsluft, abzukühlen. Zum Beispiel erzeugt ein Prozessor wie beispielsweise eine Zentraleinheit (Central Processing Unit, CPU) eine beträchtliche Wärmemenge und muss ständig gekühlt werden, um den sicheren Betrieb der CPU zu gewährleisten und sie vor Beschädigung zu bewahren. Demzufolge sind eine Vielfalt von Verfahren und Einrichtungen entwickelt worden, um ein Kühlelement auf einer Leiterplatte zu befestigen. Das Kühlelement muss so befestigt werden, dass eine sichere Verbindung zwischen dem Kühlelement und der zu kühlenden wärmeerzeugenden Komponente gewährleistet ist.
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Hochleistungscomputer- und -serversysteme enthalten zunehmend komplexere, auf Leiterplatten befestigte integrierte Schaltkreise oder Mikroprozessoren für hohe Taktraten, um möglichst viele elektronische Verbindungen auf einer kleinen Fläche unterzubringen. Diese elektronischen Verbindungen werden üblicherweise unter Verwendung eines Kontaktflächenrasters (Land Grid Array, LGA) hergestellt, das unter mechanischem Druck stehende Verbindungen zwischen dem Mikroprozessor und der Leiterplatte in hoher Dichte erzeugt. Das LGA ermöglicht eine zuverlässige und wirksame Verbindung, die Prüfung und den Austausch von sehr teuren Baugruppen und umgeht damit die beim Löten großflächiger Bauelemente bestehenden Grenzen bezüglich Ausfallsicherheit und Herstellung. Die Verbindung des Kontaktflächenrasters eines Mikroprozessors mit einer Leiterplatte ist jedoch durch eine hohe Flächendichte der elektrischen Kontakte gekennzeichnet, die in einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen sehr zuverlässig sein müssen.
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Schwankungen des auf die elektrischen Kontakte des Kontaktflächenrasters wirkenden mechanischen Drucks müssen so gering wie möglich gehalten werden. Derartige Schwankungen sind durch die Verwendung von Federn zur gleichmäßigen Verteilung des ausgeübten Drucks und von Verstärkungsplatten zur Unterstützung der Rückseite der Leiterplatte verringert worden. Diese mechanischen Systeme können auch für die Unterstützung von Kühlelementen sorgen, die sich in direktem Kontakt mit dem Mikroprozessor befinden, um die Kühlung des in Betrieb befindlichen Mikroprozessors zu unterstützen. Die wirksame Wärmeleitung vom Prozessor zum Kühlelement hängt vom gleichmäßigen Kontakt und dem auf die Grenzfläche zwischen diesen beiden Komponenten ausgeübten mechanischen Druck ab.
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Dennoch kann die Forderung nach genauer Positionierung, Belastung und Kühlung von Mikroprozessoren den Bemühungen entgegenstehen, mehr Leistung auf einer kleineren Fläche bereitzustellen. Zum Beispiel muss bei der Platzierung der Bauelemente auf der Leiterplatte berücksichtigt werden, dass benachbarte Komponenten auf der Leiterplatte sowie andere benachbarte Komponenten innerhalb desselben Gehäuses gegeneinander stoßen könnten. Außerdem muss dafür gesorgt werden, dass die Kühlelemente und ihre Befestigungselemente nicht zu viel Platz auf der Leiterplatte in Anspruch nehmen und zuverlässig funktionieren, ohne Abmessungen zu erreichen, durch die das Gehäuse übermäßig vergrößert wird.
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Deshalb besteht in der Technik ein Bedarf an der Lösung des oben erwähnten Problems.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Eine Ausführungsart der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, die ein Kühlmodul umfasst, das mit einer ersten und einer zweiten federgespannten Verriegelung zusammenwirkt. Das Kühlmodul umfasst einen Kühlkörper, einen an der ersten und der gegenüberliegenden zweiten Seite des Kühlkörpers schwenkbar angebrachten Handgriff und am Handgriff an der ersten und der gegenüberliegenden zweiten Seite des Kühlkörpers einen ersten und einen zweiten schwenkbar angebrachten Bügel. Außerdem ragen der erste und der zweite Bügel entlang der ersten und der gegenüberliegenden zweiten Seite des Kühlkörpers nach unten; somit wird ein unteres Bügelbauteil neben einem Unterteil des Kühlkörpers angeordnet. Der Handgriff kann zwischen einer ersten Position zum Anheben der Bügel und einer zweiten Position zum Absenken der Bügel hin- und hergeschwenkt werden. Gemäß einer Ausführungsart sind die erste und die zweite federgespannte Verriegelung an gegenüberliegenden Seiten einer wärmeerzeugenden Komponente an der Leiterplatte befestigt. Die erste federgespannte Verriegelung beinhaltet einen Haken, in den das untere Bügelbauteil des ersten Bügels gezielt einrastet, und die zweite federgespannte Verriegelung beinhaltet einen Haken, in den das untere Bügelbauteil des zweiten Bügels gezielt einrastet. Sowohl die erste als auch die zweite federgespannte Verriegelung beinhalten mindestens eine vorgespannte Feder, um eine nach unten gerichtete Mindestkraft auf die unteren Bügelbauteile zu übertragen, wenn die Bügel angehoben sind.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die in den folgenden Figuren veranschaulichten bevorzugten Ausführungsarten lediglich anhand eines Beispiels beschrieben, wobei:
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1 die Montageansicht einer Ausführungsart eines Halterungssystems für Kühlelemente zur Verwendung mit einem an einer Leiterplatte befestigten Prozessor zeigt, in welchem eine bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung realisiert werden kann;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Kühlmoduls in Explosionsdarstellung zeigt, das in das Halterungssystem für Kühlelemente einbezogen ist, in welchem eine bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung realisiert werden kann;
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die 3A und 3B eine perspektivische Seitenansicht und eine Teilquerschnittsansicht eines Kühlmoduls in einer Position zeigen, in der es durch den vollständig angehobenen Handgriff auf einer Leiterplatte angebracht werden soll, wodurch eine bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung realisiert werden kann;
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die 4A und 4B eine perspektivische Ansicht und eine Teilquerschnittsansicht des Kühlmoduls der 3A und 3B zeigen, dessen Handgriff teilweise abgesenkt ist, sodass der Drahtbügel zunächst in einen Haken am federgespannten Unterteil einrastet, wodurch eine bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung realisiert werden kann;
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die 5A und 5B eine perspektivische Ansicht und eine Teilquerschnittsansicht des Kühlmoduls der 4A und 4B zeigen, dessen Handgriff weiter abgesenkt ist, sodass sich der Drahtbügel verbiegt, wodurch eine bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung realisiert werden kann; und
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die 6A und 6B eine perspektivische Ansicht und eine Teilquerschnittsansicht des Kühlmoduls der 5A und 5B zeigen, dessen Handgriff vollständig abgesenkt ist, sodass die Federn im federgespannten Unterteil zusammengedrückt werden, damit der Verriegelungskörper vom Unterteil abhebt und eine vorgegebene Kraft auf die Kontaktfläche zwischen dem Kühlmodul und dem Prozessor ausübt, wodurch eine bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung realisiert werden kann.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Eine bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung stellt ein Halterungssystem bzw. eine Halterungsvorrichtung für Kühlelemente bereit, die ein Kühlmodul umfasst, das mit einer ersten und einer zweiten federgespannten Verriegelung zusammenwirkt. Das Kühlmodul umfasst einen Kühlkörper, einen an der ersten und der gegenüberliegenden zweiten Seite des Kühlkörpers schwenkbar angebrachten Handgriff und am Handgriff an der ersten und der gegenüberliegenden zweiten Seite des Kühlkörpers einen ersten und einen zweiten schwenkbar angebrachten Bügel. Außerdem ragen der erste und der zweite Bügel entlang der ersten und der gegenüberliegenden zweiten Seite des Kühlkörpers nach unten; somit wird ein unteres Bügelbauteil neben einem Unterteil des Kühlkörpers angeordnet. Der Handgriff kann zwischen einer ersten Position zum Anheben der Bügel und einer zweiten Position zum Absenken der Bügel hin- und hergeschwenkt werden.
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Die erste und die zweite federgespannte Verriegelung sind an gegenüberliegenden Seiten einer wärmeerzeugenden Komponente an der Leiterplatte befestigt. Wahlweise sind die erste und die zweite federgespannte Verriegelung unter Verwendung einer unterhalb der Leiterplatte angeordneten Verstärkungsplatte und eines Befestigungselements an der Leiterplatte befestigt, das durch die Leiterplatte ragt und dadurch mit der Verstärkungsplatte verbunden wird. Die erste federgespannte Verriegelung beinhaltet einen Haken, in den das untere Bügelbauteil des ersten Bügels gezielt einrastet, und die zweite federgespannte Verriegelung beinhaltet einen Haken, in den das untere Bügelbauteil des zweiten Bügels gezielt einrastet. Sowohl die erste als auch die zweite federgespannte Verriegelung beinhalten mindestens eine vorgespannte Feder, um eine nach unten gerichtete Mindestkraft (d. h. eine Klemmkraft) auf die unteren Bügelbauteile zu übertragen, wenn die Bügel angehoben sind. Alternativ können die erste und die zweite federgespannte Verriegelung jeweils mindestens zwei vorgespannte Federn beinhalten.
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Bei einer anderen Ausführungsart umfassen der erste und der zweite Bügel jeweils ein oberes Bügelbauteil, das sich in seitlicher Richtung längs eines Oberteils des Kühlkörpers erstreckt, ein Paar seitlicher Bügelbauteile, die sich vom oberen Bügelbauteil entlang einer Seitenkante des Kühlkörpers vertikal nach unten erstrecken, und ein unteres Bügelbauteil, das sich zwischen dem Paar der seitlichen Bügelbauteile in seitlicher Richtung entlang des Unterteils des Kühlkörpers erstreckt. Wahlweise kann es sich bei dem ersten und dem zweiten Bügel um Drahtbügel handeln. Vorzugsweise behindern der erste und der zweite Bügel nicht den Luftstrom durch einen überwiegenden Teil des Kühlkörpers.
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Bei noch einer anderen Ausführungsart der Vorrichtung sind entlang der Seitenkanten Führungsschienen am Kühlkörper angebracht, die ein seitliches Bügelbauteil bei einer vertikalen Bewegung führen. Die Führungsschienen können einzeln angebracht werden oder ein Paar Führungsschienen kann eine einheitliche Komponente bilden, die sich wahlweise entlang einer oberen Kante des Kühlkörpers erstreckt. Bei einer weiteren Option kann jede Führungsschiene ein unteres Ende aufweisen, das nach unten und zum Kühlkörper hin abgewinkelt ist, um die unteren Bügelbauteile nach innen und aus der vertikalen Ausrichtung auf die Haken zu führen, wenn die Bügel abgesenkt werden. Wenn die unteren Bügelbauteile nach innen verschoben werden, kann das Kühlmodul entnommen oder eingesetzt werden, ohne dass die unteren Bügelbauteile an die Haken anstoßen oder an ihnen hängen bleiben.
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Bei noch einer weiteren Ausführungsart kann die Vorrichtung einen Abweiser beinhalten, der mit dem Kühlkörper verbunden und nach oben und vom Kühlkörper weg abgewinkelt ist, um die unteren Bügelbauteile nach außen und in vertikale Ausrichtung auf die Haken zu führen, wenn die Bügel angehoben werden. Wenn die Bügel angehoben werden, greifen sie somit automatisch in die Haken ein und haltern den Kühlkörper. Der Kühlkörper kann nur entnommen werden, wenn die Bügel abgesenkt sind.
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Bei noch einer anderen bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist der Handgriff um einen Drehpunkt schwenkbar angebracht, wobei der erste und der zweite Bügel schwenkbar in einer bezüglich des Handgriff-Drehpunkts exzentrischen Position am Handgriff angebracht sind. Da die Bügel beim Anheben in die federgespannte Verriegelung eingreifen, rutschen sie nach unten in eine Position, wo sie schwenkbar am Handgriff fixiert sind. Durch Fixieren der Bügel in einer bezüglich des Handgriff-Drehpunkts exzentrischen Position sorgt die abwärts gerichtete Kraft dafür, dass der Handgriff in der geschlossenen oder verriegelten Position eingerastet bleibt. Diese abwärts gerichtete Kraft kann jedoch per Hand wieder überwunden werden, um den Handgriff zu lösen oder zu entsperren und die Bügel abzusenken.
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Obwohl gemäß der Erfindung verschiedene Handgriffe eingesetzt werden können, befindet sich der Handgriff im Allgemeinen vorzugsweise in der ersten Position (zum Anheben der Bügel) in horizontaler Lage und in der zweiten Position (zum Absenken der Bügel) in vertikaler Lage. Dementsprechend kann der Handgriff einen Griff zum Abheben des Kühlmoduls bilden, wenn sich der Handgriff in der zweiten Position befindet. Da in der zweiten Position der Griff gebildet wird und auch die Bügel abgesenkt werden, kann der Griff nur dann zum Ein- und Ausbauen des Kühlmoduls genutzt werden, wenn das Modul aus den federgespannten Verriegelungen ausgerastet ist. Ebenfalls vorzugsweise liegt der Handgriff flach auf einer oberen Fläche des Kühlkörpers, wenn er sich in der ersten Position befindet, da er dann nicht so viel Platz in Anspruch nimmt oder nicht an benachbarte Komponenten anstößt.
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Bevorzugte Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung können zum Befestigen oder Haltern von Kühlkörpern verschiedener Typen und Größen verwendet werden. Das vorliegende Halterungssystem für Kühlelemente kann jedoch besonders bei der Befestigung eines großen Kühlelements von Vorteil sein, beispielsweise eines Kühlelements mit horizontalen Rippen, da die Höhe des Kühlelements beträchtlich variieren kann. Im Gegensatz zu Halterungssystemen für Kühlelemente, bei denen der Kühlkörper am Unterteil befestigt wird, kann das vorliegende Halterungssystem von der Oberseite des Kühlelements aus bedient werden, sodass die Gesamthöhe Kühlelements das Handhaben des Halterungssystem beeinflussen kann. Die bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung eignet sich für verschieden hohe Kühlelemente an sich oder in Kombination mit verschieden hohen wärmeerzeugenden Komponenten, auf die das Kühlelement aufgesetzt wird.
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Bevorzugte Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung stellen verschiedene Möglichkeiten bereit, um unterschiedliche Höhen zuzulassen. Zum Beispiel können die Bügel in vertikaler Richtung so lang sein, dass das untere Bügelbauteil beim Absenken der Bügel unter die Haken gerät und die vertikale Länge ausreicht, einen Kühlkörper mit einer Höhe innerhalb eines bestimmten Bereichs aufzunehmen. Außerdem kann der Handgriff von der zweiten (angehobenen) Position in die erste (abgesenkte) Position geschwenkt werden, um die Bügel von unterhalb der Haken anzuheben, in die Haken einzurasten, zu verbiegen und den Verriegelungskörper von einer Sitzposition abzuheben. Vorzugsweise weist jede Feder eine ausreichende Vorspannung auf, sodass das Unterteil der Federn beim Abheben des Verriegelungskörpers eine abwärts gerichtete Mindestkraft ausübt. Ferner ist es wünschenswert, dass jede Feder eine ausreichende Länge und eine geringe Federkonstante aufweist, damit die Unterteile der Federn eine geringere Kraft ausüben als eine abwärts gerichtete Maximalkraft, wenn sich der Verriegelungskörper beim Abheben in der höchsten Stellung befindet.
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Es sollte klar sein, dass die vorgespannten Federn einer bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ein Merkmal „Kraftbegrenzung” verleihen. Die Federn, welche die Verriegelungen vorspannen, weisen vorzugsweise im Vergleich zur Federkonstanten der Drahtbügel eine geringere Federkonstante auf, beispielsweise weniger als ungefähr 0,9 N/mm (2 lbf/mm). Der hier gebrauchte Begriff ”Federkonstante” bezieht sich auf die Änderung der durch eine Feder ausgeübten Kraft, dividiert durch den Federweg. Dementsprechend ändert sich die durch eine Feder mit einer relativ kleinen Federkonstanten ausgeübte Kraft beim Zusammendrücken der Feder nur sehr wenig. Solche Federn eignen sich demnach für verschieden hohe Kühlkörper und Prozessoren, ohne mehr als die Maximalkraft ausüben zu müssen.
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Die Federn werden vorzugsweise so stark vorgespannt, dass nach dem Einrasten der Drahtbügel in die Haken ein weiteres Anheben der Drahtbügel einen starken Anstieg der auf die Kontaktfläche einwirkenden Kraft bis zum Abheben der Verriegelungen bewirkt (weiteres Zusammendrücken der Federn mit geringer Federkonstante). Solange die federgespannten Verriegelungen „abheben”, kann somit eine abwärts gerichtete Mindestkraft gewährleistet werden (die Vorspannung). Wenn die Verriegelungen jedoch noch weiter angehoben werden, steigt die auf die Kontaktfläche einwirkende Kraft jedoch nur noch geringfügig an, sodass die abwärts gerichtete Kraft nicht viel größer als die Vorspannung wird.
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Bei einem Beispiel kann ein Halterungssystem für Kühlelemente insgesamt vier Federn beinhalten, die jeweils eine relativ kleine Federkonstante von ungefähr 0,45 N/mm aufweisen. wahlweise können diese vier Federn gemeinsam eine gesamte Vorspannungskraft von ungefähr 22,5 N liefern. Wenn im schlimmsten Fall die Verriegelungen um maximal 3 mm abgehoben werden müssten, würde diese Höhendifferenz von 3 mm an der Kontaktfläche eine Kraft von 2,9 N [22,5 N + (0,45 N/mm)·(3 mm) (4 Federn) = 27,9 N] erzeugen.
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Der Handgriff kann um einen Drehpunkt des Handgriffs nahe der Oberseite des Kühlkörpers geschwenkt werden und die Bügel um einen Drehpunkt der Bügel am Handgriff. Wahlweise reicht der Abstand zwischen dem Drehpunkt des Handgriffs und dem Drehpunkt der Bügel aus, und ihre Lage kann so gewählt werden, dass die unteren Bügelbauteile bis zu einer Höhe angehoben werden, die zum Abheben der Haken von einer Sitzposition ausreicht, und ein Kühlkörper mit einer Höhe innerhalb eines bestimmten Bereichs aufgenommen werden kann.
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Dem Fachmann ist klar, dass bevorzugte Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung in räumlich beengten Systemen umgesetzt werden können, wo der Zugang zur Kontaktfläche des Kühlelements auf der Ebene der Leiterplatte beschränkt ist und das Halterungssystem von der Oberseite des Kühlelements aus erreicht werden soll. Bevorzugte Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung können auch die Erzeugung einer gleichmäßigen Klemmkraft bereitstellen, obwohl das Kühlelement durch verschiedene Höhen, möglicherweise über einen bestimmten Bereich hinweg, Toleranzen oder Standards gekennzeichnet ist. Obwohl die meisten Systeme das Problem der unterschiedlichen Höhe von Kühlelementen durch die Befestigung des Kühlelements nicht an der Oberseite, sondern am Unterteil lösen, kann das Halterungssystem gemäß den Ausführungsarten von der Oberseite des Kühlelements aus befestigt und betätigt werden. Ausführungsarten der Erfindung können auch ohne Verwendung von Werkzeugen ein- und ausgebaut werden.
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Darüber hinaus kann das Halterungssystem gemäß Ausführungsarten gegenüberliegende Federn verwenden, die ständig eine Mindestklemmkraft gewährleisten, wobei diese Kraft jedoch die durch die Einbautoleranzen vorgegebenen Höchstwerte nicht überschreiten kann. Diese kontrollierte Wirkung der abwärts gerichteten Klemmkraft ist über einen Höhenbereich hinweg von der Höhe des Kühlkörpers unabhängig. Der Bügel weist einen eingebauten Schließeingriff auf, der dazu dient, auch im untersten Toleranzbereich die abwärts gerichtete Mindestkraft zu gewährleisten (d. h., wenn die Höhe des Kühlkörpers am unteren Rand des Toleranzbereichs liegt). In diesem Fall wären die Federn nur wenig zusammengedrückt und bräuchten nur ein wenig abgehoben zu werden, um die Vorspannung der Federn zu überwinden. Der Bügeleingriff muss so gewählt werden, dass die Vorspannung immer, auch am „unteren” Rand des Toleranzbereichs, überwunden werden kann. Demzufolge übt die federgespannte Verriegelung immer noch die abwärts gerichtete Mindestkraft aus, die das System erzeugt. Wenn die Höhe des Kühlelements jedoch die Summe der Toleranzen der mechanischen Teile übersteigt (d. h., wenn die Höhe des Kühlelements am oberen Rand des Toleranzbereichs liegt), steigt der Bügel entsprechend der Höhe des Kühlelements weiter nach oben und steigert die auf die Haken einwirkende Kraft des Bügels rasch über den vorgegebenen Mindestwert hinaus. Obwohl die linearen Schraubenfedern in der federgespannten Verriegelung ihre Vorspannung überschreiten und weiter zusammengedrückt werden, ist die abwärts gerichtete Gesamtkraft auf einen Wert knapp oberhalb der abwärts gerichteten Mindestkraft begrenzt. Dadurch wird die auf den Prozessor ausgeübte Klemmkraft wesentlich besser innerhalb eines engen Bereichs eingestellt als dies mittels eines Einfedersystems ohne vorgespanntes Element möglich wäre. Ebenso lässt dieses System auch höhere Toleranzen zu.
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1 zeigt eine Montageansicht einer Ausführungsart eines Halterungssystems 10 für Kühlelemente zur Verwendung mit einem auf einer Leiterplatte 14 befestigten Prozessor 12. Eine erste und eine zweite federgespannte Verriegelung 20 sind an entgegengesetzten Seiten des Prozessors 12 oder einer anderen wärmeerzeugenden Komponente an der Leiterplatte 14 befestigt. Es wird ein Unterteil 22 gezeigt, das mit einem Befestigungselement 24, beispielsweise mit einer Schraube, befestigt ist, das durch das Unterteil 22 und die Leiterplatte 14 ragt und in einer Gewindebohrung 28 mit einer Verstärkungsplatte 26 verankert ist. Ferner ist ein Verriegelungskörper 30 unter Verwendung eines Paars Schrauben 32 am Unterteil 22 befestigt, die durch Kanäle 34 im Verriegelungskörper ragen und durch Einschrauben in die Bohrungen 36 mit dem Unterteil 22 verankert sind. Um jede Schraube 34 herum, die zur Befestigung des Verriegelungskörpers dient, ist eine lineare Schraubenfeder 38 angeordnet, die zwischen dem Kopf der Schraube 34 und einem Absatz innerhalb des Verriegelungskörpers eingeschlossen ist. Auf diese Weise wird die Schraube so in das Unterteil eingeschraubt, dass die Feder teilweise vorgespannt ist, um dem Abheben des Verriegelungskörpers eine abwärts gerichtete Mindestkraft oder einen Widerstand entgegenzusetzen. Dabei lässt der Federweg der Federn ein Abheben des Verriegelungskörpers bis zu einem bestimmten Abstand oberhalb des Unterteils zu, während dieser gleichzeitig durch die Schraubenschäfte gehaltert und geführt wird. Der Verriegelungskörper 30 beinhaltet einen Haken 31, der nach innen zum Prozessor 12 zeigt und somit in der im Folgenden beschriebenen Weise ein Kühlmodul 40 befestigen kann.
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Ein Kühlmodul 40 wird oberhalb des Prozessors 12 und zwischen der ersten und der zweiten federgespannten Verriegelung 20 ausgerichtet. Das Kühlmodul 40 kann unter Verwendung des Handgriffs 42 als geeigneter Griff angehoben und abgesenkt werden und muss so ausgerichtet sein, dass ein erster und ein zweiter Bügel 44 (in 1 ist nur ein Bügel dargestellt) zur ersten bzw. zweiten federgespannten Verriegelung 20 zeigen. Ein Kühlkörper 46, der hier ein Unterteil 48 und ein Oberteil 50 beinhaltet, stellt eine Vielzahl wärmeleitender Rippen 52 bereit, zwischen denen Luft hindurchströmen kann.
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2 zeigt in Explosionsdarstellung eine perspektivische Ansicht des Kühlmoduls 40, das in dem Halterungssystem für Kühlkörper enthalten ist. Das Kühlmodul 40 beinhaltet verschiedene am Kühlkörper 46 befestigte Komponenten, vorzugsweise nur das Unterteil 48 und das Oberteil 50 des Kühlkörpers. Vorzugsweise behindern die Komponenten auch nicht dem Luftstrom den Weg zwischen einer größeren Anzahl von Kühlrippen. Obwohl 2 die Explosionsdarstellung einer perspektivischen Ansicht des Kühlmoduls 40 zeigt, legt die folgende Beschreibung in Verbindung mit den übrigen Figuren und deren Beschreibung den Aufbau einer Ausführungsart eines Kühlmoduls in vollem Umfang dar.
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Das Kühlmodul 40 weist einen Handgriff 42 auf, der über das Oberteil des Kühlkörpers 46 hinweg reicht und schwenkbar daran befestigt ist. Der Handgriff 42 und die Komponenten an den gegenüberliegenden Seiten des Kühlkörpers 46 dienen ein und demselben Zweck. Deshalb gilt die folgende Beschreibung gleichermaßen für die Komponenten auf einer oder beiden Seiten des Kühlmoduls. Eine Klammer 60 beinhaltet ein Paar Führungsschienen 62, die zum Beispiel mittels Schrauben zwischen dem Oberteil 50 und dem Unterteil 48 des Kühlkörpers befestigt sind. Ein Drehzapfen oder eine Schraube 64 ragt durch das Loch 66 für den Drehzapfen des Handgriffs und die Klammer 60 und ist am Oberteil 50 des Kühlkörpers befestigt.
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Der Drahtbügel 44 kann vertikal verschoben, seitlich gesichert und teilweise hinter einem Teil der vertikalen Führungsschiene 62 versteckt werden. Mit der Oberseite des Bügels 44 ist eine Zwischenplatte 68 verbunden, die einen horizontalen Schlitz 70 beinhaltet. Durch den horizontalen Schlitz 70 sowie durch ein Loch 74 am Ende des Handgriffs 42 ragt ein Drehzapfen 72 des Bügels. Durch Schwenken des Handgriffs 42 um seinen Drehzapfen 64 wird der Drehzapfen des Bügels um diesen Drehpunkt geschwenkt, wodurch die Bügel angehoben und abgesenkt werden.
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3A zeigt eine perspektivische Ansicht des Kühlmoduls 40 in einer Position, in der es bei vollständig angehobenem Handgriff (d. h. unter einem Winkel von 90° in Bezug auf die Ebene der Leiterplatte) an der Leiterplatte 14 befestigt werden soll. Das Unterteil 48 des Kühlelements ist thermisch mit dem (nicht gezeigten) Prozessor verbunden und leitet die Wärmeenergie durch die Rippenstruktur des Kühlkörpers ab. Bei angehobenem Handgriff 42 befindet sich der Drehzapfen 72 des Bügels in Bezug auf den Drehzapfen 64 des Handgriffs am weitesten unten, sodass die Zwischenplatte 68 abgesenkt und ein unteres Bügelbauteil 45 unterhalb des Hakens 31 angeordnet wird. Der Bügel 44 an der linken Seite (der Bügel an der rechten Seite ist hinter dem Kühlkörper verborgen) wird durch die beiden Führungsschienen 62 (gestrichelt dargestellt, um den Drahtbügel hervorzuheben) seitlich gesichert. Darüber hinaus verhindern die Führungsschienen 62 eine Bewegung der Bügel 44 nach außen und leiten die Bügel nach unten, sodass das untere Bügelbauteil 45 an ein Winkelblech 80 anstößt, welches das untere Bügelbauteil 45 nach innen führt. Wenn sich das untere Bügelbauteil 45 in dieser unteren, zurückgesetzten Position befindet, kann das Kühlmodul 40 ein- oder ausgebaut werden, ohne dass der Bügel 44 und die federgespannte Verriegelung 20 zusammenstoßen.
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Jede Feder 38 ist zwischen dem Schraubenkopf 32 und einem im Verriegelungskörper gebildeten Absatz angebracht und durch Eindrehen der Schraube 32 in das Unterteil 22 um eine Strecke vorgespannt, die ausreicht, den Vorgang des Zusammendrückens der Feder 38 einzuleiten. Dabei muss die Feder 38 lang genug sein, damit sie weiter zusammengedrückt werden kann, wenn auf sie eine entsprechende abwärts gerichtete Kraft ausgeübt wird.
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3B zeigt eine Teilquerschnittsansicht des Kühlmoduls 40 in derselben Position wie in 3A. Diese Ansicht zeigt, dass sich das Kühlelement 46 mit seinem Unterteil 48 in Kontakt mit dem Prozessor 12 befindet, wie dies zum Kühlen erforderlich ist. Die Gesamthöhe des Kühlkörpers 46 und des Oberteils 50 des Kühlkörpers kann variieren, jedoch senkt der angehobene Handgriff 42 die Drehzapfen 72 der Bügel so weit ab, dass die unteren Bügelbauteile 45 unterhalb der Haken 31 zu liegen kommen und nach innen abgelenkt werden, um ein Anstoßen an die Haken 31 zu verhindern, wenn das Modul 40 in die gezeigte Position angehoben und abgesenkt wird. Darüber hinaus ragen die Befestigungselemente 32 durch die Federn 38 und sind in jedes Unterteil eingeschraubt, sodass der Verriegelungskörper 39 durch eine Vorspannung nach unten gedrückt wird. Die Haken 31 sind nach innen gerichtet und so angeordnet, dass die unteren Bügelbauteile 45 in sie einrasten, wenn sie angehoben werden. Am Unterteil 48 des Kühlkörpers ist ein Winkelblech 86 angebracht, um die Bügelbauteile 45 nach außen zu führen und senkrecht auf die Haken 31 auszurichten.
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Die 4A und 4B zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Teilquerschnittsansicht des Kühlmoduls der 3A bzw. 3B, wobei der Handgriff 42 teilweise (d. h. auf etwa 75° gegenüber der Horizontalen) abgesenkt ist, um die Drehzapfen 72 der Bügel so weit anzuheben, dass sich die unteren Bügelbauteile 45 an den Winkelblechen 86 entlang bewegen und zunächst an jedem federgespannten Verriegelungskörper 30 in die Haken 31 einrasten. Zu beachten ist, dass die Federn 38 nicht über ihren Vorspannungszustand hinaus zusammengedrückt werden und der Verriegelungskörper 30 immer noch auf dem Unterteil 22 sitzt. Obwohl sich die unteren Bügelbauteile 45 gemäß den 4A und 4B in derselben Position des Handgriffs in Kontakt mit den Haken 31 befinden, lässt das System 10 zwischen den beiden Seiten noch kleinere Abweichungen der Höhe des Kühlkörpers und/oder der Bügellänge zu, da jedes Paar Bügel/Verriegelung erst beim Absenken des Handgriffs 42 endgültig einrastet und die Vorspannung ausübt, obwohl der Winkel des Handgriffs gleich oder nur geringfügig verschieden ist.
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Die 5A und 5B zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Teilquerschnittsansicht des Kühlmoduls der 4A bzw. 4B, wobei der Handgriff 42 noch weiter (d. h. auf etwa 25° gegenüber der Horizontalen) abgesenkt ist, sodass sich der Drahtbügel 44 durchbiegt. In dem Maß, wie der Handgriff 42 zum Beispiel von einem Winkel von 75° auf einen Winkel von 25° abgesenkt wird, biegt sich der Bügel 44 durch und bewirkt eine allmähliche Erhöhung der auf den Prozessor 12 einwirkenden abwärts gerichteten Kraft. Die durch den durchgebogenen Bügel ausgeübte Kraft hat wie gezeigt noch nicht die Größe der Vorspannung erreicht, sodass die Federn 38 noch nicht über ihre Vorspannung hinaus zusammengedrückt werden und der Verriegelungskörper 30 noch auf dem Unterteil 22 sitzt. Dabei ist zu beachten, dass die Drehzapfen 72 der Bügel in 5B stärker angehoben wurden als in 4B und sich der Verriegelungskörper 30 immer noch nicht bewegt hat, da sich der Bügel 44 beim Durchbiegen verlängert hat.
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Die 6A und 6B zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Teilquerschnittsansicht des Kühlmoduls der 5A bzw. 5B, wobei der Handgriff 42 vollständig (d. h. in die horizontale Position) abgesenkt wurde, sodass die Federn 38 zusammengedrückt sind, der Verriegelungskörper 30 vom Unterteil abheben kann und zwischen dem Körper 30 und dem Unterteil 22 ein Spalt entsteht. Durch das Abheben der Verriegelungskörper üben die Federn 38 eine vorgegebene Vorspannungskraft zwischen dem Kühlmodul und dem Prozessor aus.
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Der Handgriff 42 und die Lage des Drehzapfens 72 des Bügels in Bezug auf die Position des Drehzapfens des Handgriffs 64 sind vorzugsweise so gestaltet, dass sich der Drehzapfen 72 um und geringfügig über einen Punkt hinaus dreht, der vertikal oberhalb des Drehzapfens 64 (d. h. vertikal in Bezug auf die Ebene der Leiterplatte 14) liegt. Wie gezeigt wird, hat sich der Mittelpunkt des Drehzapfens 72 der Bügel bezüglich einer durch den Drehzapfen 64 hindurchführenden vertikalen Mittellinie 78 geringfügig exzentrisch gedreht. Solange der Handgriff 42 nicht durch Krafteinwirkung angehoben wird, verbleibt er weiter in der unteren (verriegelten) exzentrischen Position.
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Die hier gebrauchten Begriffe dienen lediglich zur Beschreibung bestimmten Ausführungsarten und sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Der Gebrauch der Einzahlformen ”ein”, ”eine” and ”der, die, das” sollen hier gleichermaßen die Pluralformen einschließen, sofern aus dem Zusammenhang nichts Anderes klar hervorgeht. Ferner ist klar, dass die Begriffe ”umfasst” und/oder ”umfassend” im Rahmen dieser Beschreibung das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen bezeichnen, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz eines oder mehrerer anderer Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Die Begriffe ”vorzugsweise”, ”bevorzugt”, ”bevorzugen”, ”wahlweise”, ”können” und ähnliche Begriffe werden gebraucht um anzuzeigen, dass ein genanntes Objekt, ein genannter Zustand oder ein genannter Schritt ein wählbares (aber nicht erforderliches) Merkmal der Erfindung darstellt.
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Die entsprechenden Strukturen, Werkstoffe, Handlungen und gleichwertigen Kategorien aller Mittel oder Schritte und Funktionselemente in den folgenden Ansprüchen sollen alle Strukturen, Werkstoffe oder Handlungen zum Ausführen der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen, die ausdrücklich beansprucht werden, beinhalten. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient der Veranschaulichung und Beschreibung und erhebt nicht den Anspruch, erschöpfend oder auf die Erfindung in der beschriebenen Form beschränkt zu sein. Dem Fachmann sind viele Modifikationen und Varianten geläufig, die nicht vom Geltungsbereich der Erfindung abweichen. Die Ausführungsart wurde gewählt und beschrieben, um die Grundsätze der Erfindung und die praktische Anwendung so gut wie möglich zu erläutern und anderen Fachleuten das Verständnis der Erfindung für verschiedene Ausführungsarten mit verschiedenen Modifikationen zu erleichtern, die für den beabsichtigten Zweck im Einzelnen geeignet sind.
