DE19701938A1

DE19701938A1 - Lüfterunterstütztes Wärmesenkenelement

Info

Publication number: DE19701938A1
Application number: DE19701938A
Authority: DE
Inventors: Guy R Wagner
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2017-01-22
Also published as: CN1132088C; JPH09219478A; JP4728294B2; DE19701938B4; JP2007329490A; GB2309775A; GB9625787D0; CN1160240A; US6152214A; US5785116A; GB2309775B; US5975194A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kühl elemente und insbesondere auf ein Kühlelement zum Entfernen von Wärme von einem integrierten Schaltungselement.

Integrierte Schaltungselemente werden zunehmend bei modernen elektronischen Anwendungen verwendet. Ein weit verbreitetes Beispiel ist der Computer. Die zentrale Verarbeitungseinheit oder -Einheiten der meisten Computer, einschließlich der Personalcomputer, sind aus einem integrierten Schaltungsele ment aufgebaut.

Während des normalen Betriebs erzeugen die integrierten Schaltungselemente deutliche Wärmemengen. Falls diese Wärme nicht andauernd entfernt wird, kann das integrierte Schal tungselement überhitzen, woraus eine Beschädigung des Ele ments und/oder eine Verminderung des Betriebsverhaltens re sultiert. Um diese Überhitzung zu vermeiden, werden Kühlele mente für integrierte Schaltungen häufig in Verbindung mit integrierten Schaltungselementen verwendet.

Ein derartiges Kühlelement ist ein lüfterunterstütztes Wär mesenkenkühlelement. Bei diesem Element ist eine Wärmesenke aus einem Material, wie z. B. Aluminium, gebildet, welches leicht Wärme leitet. Die Wärmesenke ist gewöhnlicherweise an dem oberen Teil des integrierten Schaltungselements und in Kontakt mit demselben plaziert. Aufgrund dieses Kontakts wird die Wärme, die durch die integrierte Schaltung erzeugt wird, in die Wärmesenke und weg von der integrierten Schal tung geleitet.

Die Wärmesenke kann eine Mehrzahl von Kühlrippen aufweisen, um die Oberfläche der Wärmesenke zu vergrößern und somit die Wärmeübertragung von dem Wärmesenkenelement in die umgebende Luft zu maximieren. Auf diese Art und Weise zieht die Wärme senke die Wärme von der integrierten Schaltung weg und über trägt die Wärme in die umgebende Luft.

Um die Kühlkapazität eines derartigen Wärmesenkenelements zu steigern, ist häufig ein elektrisch angetriebener Lüfter an dem oberen Teil der Wärmesenke angebracht. Im Betrieb be wirkt der Lüfter, daß sich die Luft über die Rippen des Wär mesenkenelements und um dieselben herum bewegt, wodurch die Rippen durch Steigern der Wärmeübertragung von den Rippen in die Umgebungsluft gekühlt werden.

Über die Jahre hat sich mit der Zunahme der Leistung der in tegrierten Schaltungselemente auch die Wärmemenge erhöht, die von diesen Elementen erzeugt wird. Um diese sehr lei stungsstarken integrierten Schaltungselemente geeignet zu kühlen, sind Kühlelemente für integrierte Schaltungen mit größeren Kühlkapazitäten erforderlich.

Gewöhnlicherweise wurde die Kühlkapazität der lüfterunter stützten Wärmesenkenkühlelemente vergrößert, indem die Ele mente vergrößert wurden. Insbesondere wurden die Kühlelemen te häufig durch die Aufnahme von größeren Wärmesenken und größeren Lüftern vergrößert. Es hat sich jedoch herausge stellt, daß diese Zunahme der Größe ein Problem darstellt. Eine Zunahme der Größe des Kühlelements in einer vertikalen Richtung (d. h. in einer Richtung, quer zu der Ausrichtung des integrierten Schaltungselements) stellt häufig ein Pro blem dar, da die Ummantelung, die bei vielen Anwendungen verfügbar ist, wie z. B. bei dem Computergehäuse eines Tisch gerät-Personalcomputers, begrenzt ist. Dies stellt sogar ein größeres Problem dar, da in den meisten Situationen ein ziemlich beträchtlicher Zwischenraum zwischen der Lüfteröff nung und dem Computergehäuse erforderlich ist, um einen ge eigneten Luftfluß in den Lüfter oder aus demselben heraus zu ermöglichen.

Eine Zunahme der Größe des Kühlelements in einer horizonta len Richtung (d. h. in einer Richtung parallel zu der Aus richtung der Schaltungsplatine) stellt häufig ein Problem dar, da dies die Anzahl der integrierten Schaltungselementen (und weiterer elektronischer Elemente) begrenzt, welche in das Computergehäuse aufgenommen werden können.

Ein weiteres Problem mit lüfterunterstützten Wärmesenken kühlelementen stellt das Geräusch dar, das durch die Lüfter erzeugt wird, insbesondere in Situationen, wenn größere Lüf ter verwendet werden, um eine größere Kühlkapazität zu er reichen. Dies stellt insbesondere ein Problem bei Tischge rätcomputern dar, bei denen sich ein Anwender gewöhnlicher weise sehr nahe an der Maschine befindet. Das Problem wird in Situationen weiter verschlimmert, bei denen mehrere inte grierte Schaltungselemente und somit mehrere Kühlelemente in demselben Computergehäuse befestigt sind, wie es bei vielen Hochleistungscomputern der Fall ist.

Somit wäre es im allgemeinen wünschenswert, eine Vorrichtung zu schaffen, welche diese Probleme überwindet, die den lüf terunterstützten Wärmesenkenelementen zugeordnet sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes lüfterunterstütztes Wärmesenkenelement zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Kühlelement gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Entfernen von Wärme von einer Wärmequelle gemäß Anspruch 7 gelöst.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein lüfterunterstütztes Wärmesenkenkühlelement gerichtet, das in erster Linie zum Kühlen der integrierten Schaltungen während des Betriebs dient.

Das Kühlelement ist mit einer Wärmesenkenanordnung versehen, die ferner das Gehäuse bildet, das den Lüfter umgibt. Auf diese Art und Weise ist die vertikale Größe des Kühlelements minimiert. Das Gehäuse ist aus einer Mehrzahl von Kühlflü geln aufgebaut, welche zwischeneinander längliche Öffnungen aufweisen, die es ermöglichen, daß Luft zwischen denselben hindurchläuft und die Flügel kühlt.

Das Kühlelement ist ferner entworfen, um während des Be triebs deutlich weniger Geräusche zu erzeugen. Um dies zu erreichen, sind die Kühlflügel auf eine ungefähr entgegenge setzte Art und Weise zu dem Winkel der Lüfterblätter ange winkelt. Es hat sich herausgestellt, daß diese Konfiguration die Geräusche, die durch das Kühlelement erzeugt werden, deutlich verringert.

Die Konfiguration des Kühlelements bewirkt, daß dasselbe auf eine äußerst wirksame Art und Weise arbeitet. Da das Lüfter gehäuse aus einer Serie von Flügeln aufgebaut ist, wird be wirkt, daß die Luft sowohl durch die Gehäusewand als auch von dem offenen oberen Teil des Gehäuses in das Gehäuse ein tritt. Demgemäß ist das Kühlelement in der Lage, mit einem viel kleineren oberen Zwischenraum zu arbeiten. Ferner wird bewirkt, daß die Luft, die aus dem Kühlelement austritt, ein zweites Mal über die Gehäuseflügel läuft, wodurch die Wärme ableitung weiter gesteigert wird.

Die Luft tritt aus dem Gehäuse durch eine Serie von gekrümm ten Schlitzen aus, die mit der Ausrichtung der Lüfterblätter ausgerichtet sind. Diese Anordnung ergibt einen hochwirksa men Luftflußweg für einen vergrößerten Kühlelementwirkungs grad.

Die Wärmesenkenanordnung kann einstückig gebildet sein, um Wärmeleitungsverluste zu verhindern, die gewöhnlicherweise Verbindungsstellen zugeordnet sind. Unmittelbar neben dem integrierten Schaltungselement ist eine große Masse eines wärmeleitfähigen Materials in der Wärmesenkenanordnung vor gesehen, um den Wärmefluß von dem integrierten Schaltungs element in die Wärmesenke zu steigern.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die bei liegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Vorderansicht eines Kühlele ments,

Fig. 2 eine Aufrißvorderansicht einer Lüfteranordnung, die bei dem Kühlelement von Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 3 eine schematische perspektivische Vorderansicht des von den Lüfterblättern der Lüfteranordnung von Fig. 2 überstrichenen Volumens,

Fig. 4 eine perspektivische Unteransicht einer Wärmesen kenanordnung, die bei dem Kühlelement von Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 5 eine seitliche Aufrißansicht der Wärmesenkenanord nung von Fig. 4,

Fig. 6 eine obere Draufsicht der Wärmesenkenanordnung von Fig. 4,

Fig. 7 eine Querschnittsansicht der Wärmesenkenanordnung von Fig. 4 entlang der Linie 7-7 von Fig. 6,

Fig. 8 eine vordere Aufrißansicht des Kühlelements von

Fig. 1, das an einer integrierten Schaltungsplatine angebracht ist,

Fig. 9 eine Wegschnittdetailansicht eines Abschnittes der Lüfteranordnung von Fig. 2, und

Fig. 10 eine Teildraufsicht der Lüfteranordnung von Fig. 2.

Fig. 1-9 stellen allgemein ein Kühlelement 10 zum Ableiten von Wärme von einer Wärmequelle 110 dar. Das Kühlelement 10 kann eine im wesentlichen planare Oberfläche 54, die ange paßt ist, um die Wärmequelle 110 zu berühren, und einen pe ripheren Wandabschnitt 82 aufweisen, welcher eine Kammer 84 innerhalb desselben definiert. Die Kammer 84 kann ein erstes offenes Ende 85 und ein zweites geschlossenes Ende, das durch einen Kammerwandabschnitt 86 definiert wird, aufwei sen. Das Kühlelement kann ferner einen wärmeleitfähigen Ba sisabschnitt 52 aufweisen, der zwischen der planaren Ober fläche 54 und dem Kammerwandabschnitt 86 angeordnet ist. Ei ne Mehrzahl von Öffnungen 73 erstreckt sich durch den peri pheren Wandabschnitt 82 und ferner in den Basisabschnitt 52.

Die Fig. 1-9 stellen ferner allgemein ein Kühlelement 10 zum Ableiten von Wärme von einer Wärmequelle 110 dar, wobei das Kühlelement 10 eine Lüfterkammer 84, die von einer Mehr zahl von Kühlflügeln 71, die jeweils eine longitudinale Mit telachse "VV" aufweisen, definiert wird, siehe Fig. 5, und eine Mehrzahl von Lüfterblättern 21 aufweist, die innerhalb der Lüfterkammer 84 um eine Lüfterrotationsachse "AA" dreh bar angebracht sind, wobei jedes der Lüfterblätter 21 eine Lüfterblattausrichtungsachse "FF" aufweist. Jede der longi tudinalen Mittelachsen "VV" der Kühlflügel bildet einen Win kel "y" zwischen etwa 75 Grad und 105 Grad bezüglich der Lüfterblattausrichtungsachse "FF".

Die Fig. 1-9 stellen ferner allgemein ein Verfahren zum Entfernen von Wärme von einer Wärmequelle 110 dar, das die folgenden Schritte aufweist: Vorsehen einer Wärmesenkenan ordnung 50 mit einer Grenzflächenoberfläche 54, mit einem peripheren Wandabschnitt 82, der eine Kammer 84 innerhalb desselben definiert, und mit einem wärmeleitfähigen Basisab schnitt 52, der zwischen der Grenzflächenoberfläche 54 und der Kammer 84 angeordnet ist; Berühren der Wärmequelle 110 mit der Grenzflächenoberfläche 54; Bewirken, daß sich die Luft 148, 150 durch den peripheren Wandabschnitt 82 in die Kammer 84 bewegt; und Bewirken, daß sich die Luft 144, 146 durch den Basisabschnitt 52 aus der Kammer 84 bewegt.

Auf die allgemeine Beschreibung des Kühlelements folgt nun die detaillierte Beschreibung dieses Elements.

Fig. 1 stellt ein Kühlelement 10 dar, welches eine Lüfteran ordnung 20 aufweist, die innerhalb einer Wärmesenkenanord nung 50 angebracht ist. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt die Lüfteranordnung 20 eine Mehrzahl von Lüfterblättern 21, wie z. B. die Einzelblätter 22, 24 und 26. Die Lüfterblätter können auf einer Nabenanordnung 28 befestigt sein, welche wiederum auf einer Welle 32 eines Basisbauglieds 30 drehbar befestigt sein kann. Die Nabenanordnung 28 kann bezüglich der Welle 32 mittels eines Motors (nicht gezeigt), der in nerhalb der Nabenanordnung 28 angeordnet ist, drehbar ange trieben werden. Die Lüfteranordnung 20 weist eine longitudi nale Mittelachse "AA" auf, welche ferner die Achse ist, um welche sich die Nabenanordnung 28 dreht, wenn die Lüfteran ordnung aktiviert ist. Elektrische Drähte 34, 36 können durch das Basiselement 30 in die Lüfteranordnung 20 eintre ten, wie es gezeigt ist, um den Lüfteranordnungsmotor mit elektrischer Leistung zu versorgen. Ein dritter Draht (nicht gezeigt) kann optional mit der Lüfteranordnung 20 verbunden sein, um die Lüfterdrehung zu überwachen. Auf diese Art und Weise kann das integrierte Schaltungselement, das durch das Kühlelement 10 gekühlt wird, abgeschaltet werden, falls der Lüfter 20 damit aufhört, sich bei einer spezifizierten Ge schwindigkeit zu drehen, wodurch ein Überhitzen des inte grierten Schaltungselements verhindert wird.

Die Nabenanordnung 28 kann einen Durchmesser "a" von etwa 37 mm und eine Höhe "b" von etwa 15 mm aufweisen, welche im we sentlichen die gleiche sein kann wie die Höhe der Lüfter blätter. Der Durchmesser "c" zu der Außenseite der Lüfter blätter kann etwa 55 mm betragen. Die Gesamthöhe "d" der Lüfteranordnung 20 kann etwa 25 mm betragen.

Wie es schematisch in Fig. 3 dargestellt ist, definieren die Lüfterblätter, wenn sich dieselben drehen und wenn dieselben von oben betrachtet werden, eine ringförmige Fläche 38. Die ringförmige Fläche 38 weist einen Innendurchmesser, der gleich dem Nabenanordnungsdurchmesser "a" ist, und einen Außendurchmesser auf, der gleich dem Lüfterblattdurchmesser "c" ist. Unter Verwendung der exemplarischen Abmessungen, die oben aufgelistet sind, ergibt dies eine ringförmige Flä che 38 mit einem Innendurchmesser von etwa 37 mm, einem Au ßendurchmesser von etwa 55 mm und einer Fläche von ungefähr 13 cm². Die Lüfterblätter definieren ferner, wenn sie sich drehen, ein ringförmiges Volumen 40. Das ringförmige Volumen 40 weist eine Querschnittsfläche, die mit der im vorherge henden beschriebenen Fläche 38 identisch ist, und eine Höhe auf, die gleich der Lüfterblatthöhe "b" ist. Unter Verwen dung der exemplarischen Abmessungen, die im vorhergehenden aufgelistet sind, ergibt dies ein ringförmiges Volumen mit einer Querschnittsfläche von ungefähr 13 cm², einer Höhe von etwa 15 mm und einem Volumen von ungefähr 19,5 cm³.

Das im vorhergehenden beschriebene ringförmige Volumen 40, welches ferner hierin als der "von dem Blatt überstrichene Raum" 40 bezeichnet werden kann, wird durch die Drehung der Lüfterblätter 21 definiert, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.

Der Lüfteranordnungsmotor kann ein bürstenloser 12-Volt-Gleichstrommotor sein. Die Lüfteranordnung 20 kann von dem Typ sein, der von der Matsushita Electric Company in Japan handelsüblich erhältlich ist, und der als das Modell FBA06A12H und unter dem Warennamen "PANAFLO" (wobei dessen Gehäuse entfernt ist) verkauft wird.

Die Wärmesenkenanordnung 50 ist sehr detailliert in den Fig. 4-7 gezeigt. Die Wärmesenkenanordnung 50 kann eine allge mein zylindrische Form aufweisen und kann einen Außendurch messer "k" von etwa 73 mm und einer Höhe "l" von etwa 36 mm aufweisen, siehe Fig. 7. Die Wärmesenkenanordnung 50 kann aus einem beliebigen wärmeleitfähigen Material, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, gebildet sein. Die Wärmesenkenanord nung 50 umfaßt einen wärmeleitfähigen Basisabschnitt 52 mit einer unteren Oberfläche 54, siehe Fig. 4. Der Basisab schnitt 52 der Wärmesenkenanordnung kann einen Durchmesser, der gleich dem Durchmesser "k" der Wärmesenkenanordnung ist, und eine Höhe "o" von etwa 16 mm aufweisen, siehe Fig. 7. Eine untere Oberfläche 54 des Basisabschnittes kann eine Mehrzahl von Bohrungen 56, 58, 60, 62 enthalten, siehe Fig. 4. Diese Bohrungen können vorgesehen sein, um einen Zwi schenraum für Fortsätze zu ermöglichen, welche manchmal an elektronischen Komponenten, wie z. B. der Komponente 110, existieren, siehe Fig. 8. Eine Mehrzahl von mit Gewinden versehenen Öffnungen 64, 66, 68, 70 kann ferner in der unte ren Oberfläche 54 vorgesehen sein.

Von dem Basisabschnitt 52 erstreckt sich ein ringförmiger Wandabschnitt 82 nach oben, siehe Fig. 6 und 7. Wie aus Fig. 7 zu erkennen ist, kann der ringförmige Wandabschnitt 82 eine Dicke "e" von etwa 7,65 mm und eine Höhe "i" von etwa 20 mm aufweisen. Der ringförmige Wandabschnitt 82 weist eine äußere Oberfläche 81, welche einen Teil der äußeren Oberflä che des Wärmesenkenelements 50 bildet, und eine innere Ober fläche 83 auf.

Eine allgemein zylindrisch geformte Lüfterkammer 84 ist in nerhalb des ringförmigen Wandabschnittes 82 angeordnet, wo bei die äußere Wand der Lüfterkammer 84 durch die innere Oberfläche 83 des ringförmigen Wandabschnittes definiert ist. Das obere Ende der Lüfterkammer 84, wie es in Fig. 7 zu erkennen ist, weist eine Öffnung 85 auf. Das untere Ende der Lüfterkammer 84 kann durch eine untere Oberfläche 86 defi niert sein. Die Lüfterkammer 84 kann einen Durchmesser "f" von etwa 58 mm und eine Höhe "i" von etwa 20 mm aufweisen.

In der Mitte der unteren Oberfläche 86 der Lüfterkammer kann eine Senkung 88 vorgesehen sein, die sich nach unten in den Basisabschnitt 52 der Wärmesenkenanordnung 50 erstreckt. Die Senkung 88 umfaßt eine untere Oberfläche 90 und eine sich nach oben erstreckende umfangsmäßige Seitenwand 92, siehe Fig. 7. Die Senkung 88 kann einen Durchmesser "g" von etwa 38 mm und eine Höhe "h" von etwa 6 mm aufweisen. Wie es sehr gut in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, kann die Senkungssei tenwand 92 eine Kerbe 96 aufweisen.

Nun wird auf die Fig. 4-7 Bezug genommen. Die äußere Peri pherie der Wärmesenkenanordnung 50 umfaßt eine Mehrzahl von angewinkelten Schlitzen 73, wie z. B. die Einzelschlitze 74 und 78. Wie es sehr gut in Fig. 6 zu sehen ist, erstrecken sich die Schlitze, beispielsweise die Schlitze 74, 76, voll ständig durch den ringförmigen Wandabschnitt 82. Eine Mehr zahl von Kühlflügeln 71, wie z. B. die Einzelflügel 72, 76 und 80, sind durch die Schlitze 73 definiert, derart, daß jeweils zwischen zwei Schlitzen um die Peripherie des ring förmigen Wandabschnittes 82 ein Flügel angeordnet ist. Wie es zu erkennen ist, öffnen sich die Schlitze 73 in die Lüf terkammer 84 und ermöglichen es, daß sich die Luft zwischen der Außenseite der Wärmesenkenanordnung 50 und der Lüfter kammer 84 durch den ringförmigen Wandabschnitt 82 bewegt, wie es im Folgenden sehr detailliert erklärt wird. Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, erstrecken sich die Schlitze 73 und die Flügel 71 ferner unterhalb des ringförmigen Wandab schnittes 82 und in den Basisabschnitt 52 der Wärmesenkenan ordnung.

Die Konfiguration der Kühlflügel 71, die den ringförmigen Wandabschnitt 82 der Wärmesenke bilden, wird nun detailliert beschrieben. Die Größe jedes der Kühlflügel 71 hängt von der Anzahl der Flügel, die den ringförmigen Wandabschnitt 82 bilden, und von der Breite "N" der Schlitze 73 ab, siehe Fig. 5. Es wird darauf hingewiesen, daß, obwohl die Zeich nungsfiguren aus Darstellungszwecken eine spezifische Anzahl von Flügeln und Schlitzen zeigen, jede beliebige Anzahl von Flügeln und Schlitzen in dem Kühlelement 10 verwendet werden kann. Eine bevorzugte Konfiguration, bei er es sich heraus gestellt hat, daß sie für einen wirksamen Luftfluß und eine wirksame Wärmeübertragung sorgt, ist im Folgenden beschrie ben. Eine derartige Konfiguration kann mit 45 Kühlflügeln und 45 Schlitzen aufgebaut werden, und dieselbe kann eine Größe aufweisen, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde.

Nun wird auf Fig. 5 Bezug genommen. Es ist zu erkennen, daß jeder der Kühlflügel 71 an der äußeren Oberfläche 81 des ringförmigen Wandabschnittes 82 eine Dicke "m" von etwa 2,2 mm aufweisen kann, die in der Richtung senkrecht zu der Flü gelneigung gemessen wird. Jeder Flügel kann sich an der in neren Kante 83 des ringförmigen Wandabschnittes 82 auf eine Dicke von etwa 1,35 mm verjüngen, die in einer Richtung senkrecht zu der Lüfterneigung gemessen wird.

Da sich die Flügel auf die Innenkante 83 des ringförmigen Wandabschnittes 82 zu verjüngen, können die Schlitze 83 mit einer relativ konstanten Breite über dem ringförmigen Wand abschnitt 82 gebildet sein. Diese konstante Breite ist wich tig, um für einen wirksamen Luftfluß durch die Schlitze 73 zwischen der Außenseite des Kühlelements 10 und der Lüfter kammer 84 zu sorgen. Jeder der Schlitze 73 kann eine Dicke "n" von etwa 2 mm aufweisen, siehe Fig. 5.

Wie es in den Fig. 4 und 7 zu sehen ist, erstrecken sich die Schlitze 73 unterhalb des ringförmigen Wandabschnittes 82 und in den wärmeleitfähigen Basisabschnitt 52. Die Schlitze in dem Basisabschnitt 52 definieren nach oben gerichtete Öffnungen 97 in der unteren Oberfläche 86 der Lüfterkammer. Die unteren Abschnitte der Schlitze 73 enden in gekrümmten Oberflächenabschnitten, wie z. B. dem gekrümmten Oberflächen abschnitt 75, der in Fig. 5 gezeigt ist. Diese gekrümmten Abschnitte bewirken, daß sich der Luftfluß durch das Kühl element 10 von dem vertikalen Luftflußweg 138, 139 in den horizontalen Auslaßflußweg 144, 146 ändert, wie es bezugneh mend auf Fig. 8 ferner detailliert beschrieben wird. Das Vorsehen von gekrümmten Oberflächen, wie z. B. der gekrümmten Oberfläche 75, ermöglicht einen glatten, energetisch wirksa men Übergang von dem vertikalen Luftflußweg 138, 139 in den horizontalen Luftflußweg 144, 146, und trägt somit zu dem Gesamtwirkungsgrad des Kühlelements 10 bei.

Wenn die Lüfteranordnung 20 in das Wärmesenkenelement 50 eingefügt ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, paßt das Lüf teranordnungsbasisbauglied 30, siehe Fig. 2, in die Wärme senkensenkung 88, siehe Fig. 7. Um die Lüfteranordnung 20 sicher an der Wärmesenkenanordnung 50 zu befestigen, kann ein herkömmlicher Klebstoff entweder auf die untere Oberflä che 31 des Basisbauglieds 30 der Lüfteranordnung, siehe Fig. 2, oder auf die untere Wand 90 der Senkung 88 der Wärmesen kenanordnung oder auf beide aufgebracht werden. Auf diese Art und Weise kann das Basisbauglied 30 der Lüfteranordnung innerhalb der Wärmesenkensenkung 88 sicher befestigt werden, während es ermöglicht wird, daß sich die Lüfterblätter 21 innerhalb der Lüfterkammer 84 frei drehen. Alternativ kann der Lüfter 20 innerhalb der Wärmesenkenanordnung 50 auf eine beliebige herkömmliche Art und Weise befestigt sein.

Die Kerbe 96 ist in der Senkung 88 der Wärmesenkenanordnung vorgesehen, um einen Zwischenraum für die Verbindung zwi schen den elektrischen Drähten 34 und 36 und dem Lüfterba sisbauglied 30 zu ermöglichen, wenn die Lüfteranordnung 20 in die Wärmesenkenanordnung 50 eingefügt ist, wie es im vor hergehenden beschrieben wurde. Die Drähte 34 und 36 können durch die Schlitze in der Basis 86, wie z. B. die Schlitze 98, 100, geführt werden, um mit einer Leistungsquelle (nicht gezeigt) verbunden zu werden, die außerhalb der Wärmesenken anordnung 50 angeordnet ist.

Wenn die Lüfteranordnung 20 in die Wärmesenkenanordnung 50 eingefügt ist, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, dann ist der von dem Lüfter überstrichene Raum 40, siehe Fig. 3, vollständig innerhalb der Lüfterkammer 84 der Wärme senkenanordnung angeordnet, siehe Fig. 6, 7. Demgemäß umgibt der ringförmige Wandabschnitt 82 der Wärmesenkenanordnung vollständig den von dem Lüfter überstrichenen Raum 40, wobei derselbe sowohl als Wärmeübertragungsoberfläche als auch als Gehäuse für die Lüfteranordnung 20 wirkt. Diese Konfigura tion ermöglicht es, daß das Kühlelement 10 sehr kompakt und sehr wirksam ist.

Fig. 8 stellt das Kühlelement 10 dar, das für eine Verwen dung bei einer typischen Komponentenkühlanwendung angebracht ist. Bei dem gezeigten Beispiel ist eine Komponente 110 auf einer gedruckten Schaltungsplatine 120 angebracht. Die Kom ponente 110 kann beispielsweise ein Prozessor sein, wie z. B. eine zentrale Verarbeitungseinheit für die Verwendung bei Personalcomputer- und Arbeitsplatzrechner-Anwendungen. Die Komponente 110 kann an der gedruckten Schaltungsplatine 120 über elektrische Verbinder, wie z. B. die Verbinder 112, 114, auf eine herkömmliche Art und Weise angebracht sein. Um die Wärmeableitung zu erleichtern, kann die Komponente 110 mit einem Deckel 116 versehen sein, welcher auf eine herkömmli che Art und Weise aus einem wärmeleitfähigen Material, wie z. B. Kupfer, gebildet ist.

Hilfskomponenten, wie z. B. diese, die durch die Hilfskompo nenten 130, 140 dargestellt sind, sind häufig in unmittel barer Nähe zu den Primärkomponenten, wie z. B. der Komponente 110, angeordnet. Diese Hilfskomponenten können an der ge druckten Schaltungsplatine 120, wie es gezeigt ist, bei spielsweise mittels der Verbinder 132, 134 auf eine herkömm liche Art und Weise angebracht sein.

Während des Betriebs erzeugen elektronische Komponenten, wie z. B. die Komponenten 110, 130, 140, beträchtliche Wärmemen gen. Dies trifft insbesondere auf in letzter Zeit entwickel te sehr leistungsstarke Komponenten zu, wie z. B. auf viele der Computerprozessoren, die momentan in Verwendung sind. Um diese Komponenten bei einem Spitzenwirkungsgrad in Betrieb zu halten, und um eine Beschädigung zu vermeiden, muß ein Überhitzen der Komponenten vermieden werden. Um dieses Über hitzen zu verhindern, ist es notwendig, daß ausreichend Wär me von den Komponenten während des Betriebs entfernt wird.

Um einen Wärmeabtransport von der Primärkomponente 110 zu erreichen, kann das Kühlelement 10 direkt an dem oberen Teil des Komponentendeckels 116 angebracht sein, derart, daß die untere Oberfläche 54 des Basisabschnittes 52 der Wärmesen kenanordnung in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Kom ponentendeckels 116 steht, wodurch eine Verbindungsstelle 122 zwischen denselben gebildet ist. Auf diese Art und Weise kann die Wärme, die von der Komponente 110 erzeugt wird, durch den Komponentendeckel 116 und in den Basisabschnitt 52 der Wärmesenkenanordnung 50 geleitet werden. Um die Wärme übertragung über die Verbindungsstelle 122 zu erleichtern, kann eine wärmeleitfähige Substanz, wie z. B. ein wärmeleit fähiges Fett, zwischen dem Deckel 116 und der unteren Ober fläche 54 des Wärmesenkenbasisabschnittes 52 auf eine her kömmliche Art und Weise aufgetragen werden.

Die Wärmesenkenanordnung 50 kann durch die Verwendung von mit Gewinden versehenen Befestigungselementen, wie z. B. den mit Gewinden versehenen Befestigungselementen 124 und 126, die in Fig. 8 gezeigt sind, an der gedruckten Schaltungspla tine sicher befestigt sein. Die Befestigungselemente 124, 126 laufen durch Löcher, wie z. B. die Löcher 125, 127 in der gedruckten Schaltungsplatine, und nehmen die mit Gewinden versehenen Öffnungen in der Wärmesenkenanordnung 50, wie z. B. die mit Gewinden versehenen Öffnungen 64, 66, 68 und 70, gewindemäßig in Eingriff, siehe Fig. 4. Es ist zu beach ten, daß, obwohl vier mit Gewinden versehene Befestigungs elemente verwendet werden können, um die Wärmesenkenanord nung 50 an der gedruckten Schaltungsplatine zu befestigen, nur zwei derselben in Fig. 8 gezeigt sind.

Auf diese Art und Weise kann die untere Oberfläche 54 der Wärmesenkenanordnung 50 eng gegen die obere Oberfläche des Komponentendeckels 116 befestigt werden, wodurch die Wärme übertragung zwischen den zwei Oberflächen erleichtert wird. Demgemäß wird die Wärme von der Komponente 110 weg und in den relativ großen Basisabschnitt 52 der Wärmesenkenanord nung 50 gezogen. Die Wärme wird daraufhin ferner nach oben in die Kühlflügel 71 geleitet, siehe Fig. 4.

Um das Wegziehen der Wärme von der Komponente 110 zu er leichtern, kann die Wärmesenkenanordnung 50 mit einem großen Basisabschnitt 52 versehen sein, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, kann der Basisabschnitt 52 einen Durchmesser aufweisen, der im we sentlichen gleich dem Durchmesser "k" der Wärmesenkenanord nung ist. Der Basisabschnitt 52 kann ferner eine Höhe "o" von ungefähr 16 mm aufweisen. Diese relativ große Höhe "o" liefert eine große Masse eines wärmeleitfähigen Materials zwischen der unteren Oberfläche 54 der Wärmesenkenanordnung und der Lüfterkammer 84, und wirkt folglich als große Wärme senke, wodurch folglich das Entfernen der Wärme weg von der Komponente 110 erleichtert wird. Wenn die vorher erörterten exemplarischen Abmessungen gegeben sind, kann die Höhe "o" des Basisabschnittes 52 etwa 45% der Gesamthöhe "l" der Wärmesenkenanordnung 50 betragen. Für eine wirksame Wärme übertragung sollte die Höhe "o" des Basisabschnittes 52 mindestens 25% der Gesamthöhe "l" der Wärmesenkenanordnung 50 betragen.

Für eine wirksame Kühlung, muß die Wärme, nachdem dieselbe in den Basisabschnitt 52 übertragen wurde, ferner in die Kühlflügel 71 und daraufhin in die umgebende Luft übertragen werden. Die Fähigkeit eines Wärmesenkenelements, wie z. B. der Wärmesenkenanordnung 50, die Wärme in die Luft zu über tragen, hängt unter anderem von der flächenmäßigen Größe der Oberfläche des Wärmesenkenelements ab, die der umgebenden Luft ausgesetzt ist. Die Kühlflügel 71 erleichtern diese Wärmeübertragung durch ein wirksames Vergrößern der Oberflä che des Wärmesenkenelements 50.

Im Betrieb kann sich der Lüfter 20 in einer Richtung entge gen dem Uhrzeigersinn drehen, wie es beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist. Nun wird auf Fig. 8 Bezug genommen. Diese Lüfterdrehung entgegen dem Uhrzeigersinn wird eine Luftbewe gung in der allgemeinen Richtung der Pfeile 138, 139 bewir ken. Insbesondere wird die Einlaßluft von außerhalb des Kühlelements 10 durch die Öffnung 85 der Wärmesenkenanord nung in die Lüfterkammer 84 der Wärmesenkenanordnung eintre ten, siehe Fig. 7. Diese Luftbewegung ist durch die Pfeile 140, 142 in Fig. 8 angezeigt. Nach dem Eintreten in die Lüf terkammer 84 bewegt sich die Luft in einer Richtung, die mit den Pfeilen 138, 139 ausgerichtet ist, durch den von dem Lüfter überstrichenen Bereich 40, siehe Fig. 3, nach unten auf die untere Oberfläche 86 der Lüfterkammer zu, siehe Fig. 7. Wenn deren Bewegung nach unten andauert, tritt die Luft durch die nach oben gerichteten Öffnungen 97, siehe Fig. 7, in der unteren Oberfläche 86 der Lüfterkammer in den unteren Abschnitt der Schlitze 73 ein. Daraufhin läuft die Luft den unteren Abschnitt der Schlitze 73 nach unten und tritt aus dem Kühlelement aus, wie es durch die Pfeile 144 und 146 an gezeigt ist, siehe Fig. 8. Nach dem Austreten aus dem Kühl element 10, bewegt sich der horizontale Luftflußweg 144, 146 über die Hilfskomponenten, wie z. B. die Komponenten 130, 140, die neben der Komponente 110 angeordnet sind, und hilft somit dabei, dieselben zu kühlen.

Sowie sich die Luft durch den unteren Abschnitt der Schlitze 73 bewegt, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, be wegt sich dieselbe ferner zwischen den unteren Abschnitten der zugeordneten Flügel 71, die in dem Basisabschnitt 52 an geordnet sind, wodurch die Flügel gekühlt werden, und die Wärme von der Wärmesenkenanordnung 50 entfernt wird.

Der Luftfluß 138, 139, der sich durch die Lüfterkammer be wegt, ergibt einen Bernoulli-Effekt, während derselbe die Schlitze 73 passiert. Dieser Bernoulli-Effekt bewirkt einen zusätzlichen Einlaßluftfluß, wie es durch die Pfeile 148 und 150 angezeigt ist, siehe Fig. 8. Der Luftfluß 148, 150 weist Luft auf, die sich von außerhalb des Kühlelements 10 durch den oberen Abschnitt der Schlitze 73 und in die Lüfterkammer 84 bewegt. Der Luftfluß 148, 150 verbindet sich daraufhin mit dem Luftfluß 140, 142, um den Luftfluß 138, 139 zu bil den, der im vorhergehenden beschrieben wurde.

Durch Verwenden des Bernoulli-Effekts ist das Kühlelement 10 in der Lage, eine größere Luftbewegung durch das Element zu bewirken, als es mit einer herkömmlichen Konfiguration mög lich wäre. Insbesondere ist die ringförmige Wand 82 der Lüf terkammer 84 mit den Schlitzen 73 versehen, um für den im vorhergehenden beschriebene Bernoulli-Effekt zu sorgen. Die Bewegung des Luftflusses 138, 139 an den Schlitzen 73 vorbei bewirkt den Bernoulli-Effekt und ergibt folglich die im vor hergehenden beschriebene erhöhte Luftbewegung.

Sowie sich der Luftfluß 148, 150 durch den oberen Abschnitt der Schlitze 73 bewegt, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, bewegt sich derselbe ferner zwischen den oberen Ab schnitten der zugeordneten Flügel 71, wodurch eine zusätzli che Kühlung der Flügel 71, die in dem ringförmigen Wandab schnitt 82 angeordnet sind, und ein Entfernen der Wärme von der Wärmesenkenanordnung 50 geschaffen wird.

Wie es aus der oben erwähnten Beschreibung zu ersehen ist, wird jeder Flügel 71 des Kühlelements 10 von zwei getrennten Luftflüssen gekühlt. Zuerst bewegt sich der Luftfluß 148, 150 an dem oberen Abschnitt der Flügel 71 vorbei, um die Flügel zu kühlen. Daraufhin bewegt sich der Luftfluß 144, 146 an einem unteren Abschnitt der Flügel 71 vorbei, um die Flügel weiter zu kühlen. Demgemäß wird ein Abschnitt der Luft, der sich durch das Kühlelement 10 bewegt, zweimal zum Kühlen verwendet, d. h. zum ersten Mal beim Ansaugen, das den Luftfluß 148, 150 bildet, und ein zweites Mal teilweise beim Austreten, das den zweiten Luftfluß 144, 146 bildet.

Wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, ist das Kühlele ment 10 in der Lage, die Ansaugluft sowohl von der Öffnung 85 als auch von den Schlitzen 73, die die Lüfterkammer 84 umgeben, zu erhalten. Da das Kühlelement 10 nicht allein auf die Lüfterkammeröffnung 85 für die Ansaugluft angewiesen ist, ist der Zwischenraum, der oberhalb des Kühlelements 10 vorgesehen ist, weniger kritisch als bei herkömmlichen Ent würfen. Es hat sich beispielsweise herausgestellt, daß das Kühlelement mit einem Zwischenraum von weniger als 2 mm oberhalb der Öffnung 85 wirksam arbeitet. Diese Fähigkeit, bei Anwendungen mit geringem Zwischenraum zu arbeiten, ist ein äußerst vorteilhaftes Merkmal, welches es ermöglicht, daß das Kühlelement, bei bezüglich des Raums empfindlichen Anwendungen und insbesondere bei Anwendungen, bei denen die Abmessung senkrecht zu der Ausrichtung der gedruckten Schal tungsplatine 120 begrenzt ist, verwendet werden kann.

Insbesondere weist das Kühlelement 10, das gemäß den im vor hergehenden beschriebenen exemplarischen Abmessungen aufge baut ist, einen gemessenen thermischen Widerstand von etwa 0,35°C pro Watt mit einem unbegrenzten Zwischenraum oberhalb der Öffnung 85 auf. Dieser thermische Widerstand wurde auf eine herkömmliche Art und Weise als die Differenz zwischen der Temperatur der unteren Oberfläche 54 und der Umgebungs luft geteilt durch die Wärmeenergie in Watt, die von der Wärmequelle (beispielsweise der Komponente 110) erzeugt wird, gemessen. Wenn eine massive Platte ungefähr 2 mm ober halb der Öffnung 85 plaziert ist, verschlechtert sich der gemessene thermische Widerstand des Kühlelements 10 ledig lich auf etwa 0,38°C pro Watt. Demgemäß ist es zu erkennen, daß der thermische Widerstand des Kühlelements 10 lediglich um etwa 9% abfällt, wenn der vertikale Zwischenraum oberhalb der Öffnung 85 auf etwa 2 mm reduziert wird.

Bezugnehmend auf Fig. 5 ist es ersichtlich, daß die Wärme senkenanordnung 50 eine longitudinale Mittelachse "BB" auf weist, welche senkrecht zu der Ebene der unteren Oberfläche 54 der Wärmesenkenanordnung ist, und welche ferner kolinear mit der Rotationsachse "AA" der Lüfteranordnung ist, wenn die Lüfteranordnung 20 innerhalb der Wärmesenkenanordnung 50 angebracht ist, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde. Mit einer weiteren Bezugnahme auf Fig. 5 ist es ersichtlich, daß jeder der Flügel 71 eine longitudinale Mittelachse "VV" aufweist. Jede longitudinale Flügelmittelachse "VV" ist um einen Winkel "w" bezüglich der longitudinalen Mittelachse "BB" der Wärmesenke angewinkelt. Da die Schlitze 73 die Flü gel 71 definieren, weist jeder Schlitz eine longitudinale Mittelachse auf, welche bezüglich der longitudinalen Mit telachse "BB" der Wärmesenke um den gleichen Winkel "w" ge neigt ist.

Es hat sich herausgestellt, daß die im vorhergehenden be schriebene Flügelneigung dabei behilflich ist, das Geräusch, das von dem Kühlelement 10 während des Betriebs erzeugt wird, zu reduzieren. Fig. 9 stellt die Konfiguration eines einzelnen Blattes 22 der Lüfteranordnung 20 dar. Das Blatt 22 weist eine Ausrichtungsachse "FF" auf, welche auf eine herkömmliche Art und Weise um einen Winkel "x" bezüglich der longitudinalen Mittelachse "AA" der Lüfteranordnung geneigt ist. Wenn sich die Lüfteranordnungsnabe 28 in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, bewegt sich das Blatt 22 im allgemeinen in der Richtung des Pfeils 152 in Fig. 9. We gen der im vorhergehenden beschriebenen Neigung des Blattes 22 ergibt diese Bewegung eine Luftbewegung in einer Rich tung, die durch den Pfeil 154 angezeigt ist. Die Richtung, die durch den Pfeil 154 angezeigt ist, ist im wesentlichen senkrecht zu der Blattausrichtungsachse "FF".

Ferner sind die in Fig. 9 hinzugefügte longitudinale Flügel mittelachse "VV" und longitudinale Wärmesenkenmittelachse "BB" gezeigt. Wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, ist die longitudinale Mittelachse "BB" der Wärmesenke koli near mit der Rotationsachse "AA" der Lüfteranordnung, wenn die Lüfteranordnung 20 innerhalb der Wärmesenkenanordnung 50 angebracht ist. Wie es zu ersehen ist, bildet die longitudi nale Flügelmittelachse "VV" einen Winkel "w" sowohl bezüg lich der Rotationsachse "AA" der Lüfteranordnung als auch bezüglich der longitudinalen Mittelachse "BB" der Wärmesen ke, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde. Wie es fer ner zu erkennen ist, bildet die longitudinale Flügelmittel achse "VV" ferner einen Winkel "y" bezüglich der Blattaus richtungsachse "FF". Wie aus einer Überprüfung von Fig. 9 zu ersehen ist, ergibt das Addieren der Winkel "w" und "x" im mer den Winkel "Y".

Es hat sich herausgestellt, daß, wenn das Kühlelement 10 in Betrieb ist, das Geräusch, das von dem Kühlelement erzeugt wird, deutlich durch den Winkel "y" zwischen der longitudi nalen Flügelmittelachse "VV" und der Blattausrichtungsachse "FF" beeinflußt wird. Das Lüftergeräusch stellt ein bedeu tendes Problem dar, das den Kühlelementen, wie z. B. dem hierin beschriebenen Kühlelement 10, zugeordnet ist. Dieses Geräusch stellt insbesondere in Situationen, in denen größe re Lüfter und/oder Lüfter mit höherer Geschwindigkeit ver wendet werden, um eine erhöhte Kühlkapazität zu erreichen, und bei Tischgerätcomputern ein Problem dar, bei denen sich ein Anwender im allgemeinen in unmittelbarer Nähe zu der Ma schine befindet. Das Geräuschproblem wird in Situationen weiter verschlimmert, in denen mehrere integrierte Schal tungselemente und somit mehrere Kühlelemente in dem gleichen Computergehäuse angebracht sind, wie es bei vielen Hochlei stungscomputern der Fall ist.

Es hat sich herausgestellt, daß das Geräusch, das von den Kühlelementen, wie z. B. dem Kühlelement 10, erzeugt wird, maximal ist, wenn der Winkel "y" gleich 0 Grad ist, und, daß das Geräusch minimal ist, wenn der Winkel "y" gleich 90 Grad ist. Obwohl das Geräusch bei einem Winkel "y" von 90 Grad minimiert ist, können unter Verwendung eines Winkels "y" zwischen etwa 75 Grad und 105 Grad annehmbare Geräuschpegel erreicht werden.

Wie es zu erkennen ist, wird der Kühlflügelwinkel "w" bei einem gegebenen Lüfterblattwinkel "x" von etwa 55 Grad (wie es bei vielen herkömmlichen Lüftern typisch ist) einen Be reich zwischen etwa 20 Grad und 50 Grad aufweisen, wenn der Winkel "y" einen Bereich zwischen etwa 75 Grad und 105 Grad aufweist, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde. Wie es ferner zu ersehen ist, wird der Kühlflügelwinkel "w" etwa gleich 35 Grad sein, wenn der Winkel "y" etwa gleich 90 Grad ist, und der Lüfterblattwinkel "x" etwa gleich 55 Grad ist.

Die Flügelwinkelkonfiguration, die im vorhergehenden be schrieben wurde, ergibt ferner eine weitere Verbesserung des Betriebs des Kühlelements 10. Diese wird nun detailliert be schrieben.

Wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, definieren die Schlitze 73 in dem Basisabschnitt 52 der Wärmesenkenanord nung nach oben gerichtete Öffnungen 97 in der unteren Ober fläche 86 der Lüfterkammer, siehe Fig. 6. Diese Öffnungen dienen dazu, einen Auslaßweg für die Luft zu schaffen, die aus der Lüfterkammer 84 während des Betriebs des Kühlele ments 10 austritt. Die unteren Abschnitte der Schlitze 73 enden in gekrümmten Oberflächenabschnitten, wie z. B. dem ge krümmten Abschnitt 75, der in Fig. 5 gezeigt ist. Diese ge krümmten Abschnitte bewirken, daß sich der Luftfluß durch das Kühlelement 10 von dem vertikalen Luftflußweg 138, 139 in den horizontalen Auslaßflußweg 144, 146 ändert, wie es im vorhergehenden bezugnehmend auf Fig. 8 beschrieben wurde.

Nun wird wieder auf Fig. 9 Bezug genommen. Es ist zu erse hen, daß die Schlitze 73 in dem Basisabschnitt 52 ebenso wie die nach oben gerichteten Öffnungen 97 um den gleichen Win kel "y" bezüglich der Blattausrichtungsachse "FF" geneigt sind. Wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, ist die Luftflußrichtung 154, siehe Fig. 9, um ungefähr 90 Grad be züglich der Blattausrichtungsachse "FF" ausgerichtet. Demge mäß wird das Ausrichten der longitudinalen Flügelmittelachse "VV" um ungefähr 90 Grad von der Blattausrichtungsachse "FF" die Luftflußrichtung 154 ergeben, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, die im wesentlichen mit der longitudina len Flügelmittelachse "VV" und demgemäß mit den Schlitzen 73 ausgerichtet ist, welche mit der gleichen Neigung wie die Flügel 71 gebildet sind, wie es im vorhergehenden erklärt wurde.

Diese Ausrichtung der Luftflußrichtung 154 und der Auslaß öffnungen 97 und -Schlitze 73 ergibt einen geraden, glatten Auslaßweg für die Luft, die die Lüfterkammer 84 verläßt. Diese Konfiguration trägt somit zu dem Wirkungsgrad des Kühlelements 10 bei, indem die Luftflußstoßverluste redu ziert werden, denen man sonst bei einem herkömmlichen Ele ment begegnen kann.

Bezugnehmend auf Fig. 6 ist es ersichtlich, daß die Wärme senkenanordnung 50 eine Symmetrielinie "HR-HR" aufweist, welche senkrecht zu der longitudinalen Mittelachse "BB" der Wärmesenke ist, siehe Fig. 5. Mit weiterer Bezugnahme auf Fig. 6 ist es ersichtlich, daß jeder der Schlitze 97 in der unteren Oberfläche 86 eine longitudinale Schlitzmittelachse "SS" aufweist. Jede longitudinale Schlitzmittelachse "SS" ist um einen Winkel "A" bezüglich der Symmetrielinie "HR-HR" der Wärmesenke geneigt.

Es hat sich herausgestellt, daß die im vorhergehenden be schriebene Schlitzneigung ferner dabei behilflich ist, das Geräusch zu reduzieren, das von dem Kühlelement 10 während des Betriebs erzeugt wird. Fig. 10 stellt die Konfiguration eines einzelnen Blattes 22 der Lüfteranordnung 20 dar, wie es von oben ersichtlich ist. Die Lüfteranordnung 20 weist eine Symmetrielinie "FR-FR" auf, welche zu der longitudina len Mittelachse "AA" der Lüfteranordnung, siehe Fig. 2, und zu der longitudinalen Mittelachse "BB" der Wärmesenke, siehe Fig. 5, senkrecht ist, wenn die Lüfteranordnung 20 in die Wärmesenkenanordnung 50 eingebaut ist, wie es im vorherge henden beschrieben wurde. Der untere Abschnitt 185 des Blat tes 22 weist eine Ausrichtungsachse "ZZ" auf, welche um ei nen Winkel "B" bezüglich der Symmetrielinie "FR-FR" der Lüf teranordnung auf eine herkömmliche Art und Weise geneigt ist.

Ferner ist die in Fig. 10 hinzugefügte longitudinale Schlitzmittelachse "SS" gezeigt. Wie es ersichtlich ist, bildet die longitudinale Schlitzmittelachse "SS" einen Win kel "C" bezüglich der Ausrichtungsachse "ZZ" des Lüfterblat tes. Wie aus einer Überprüfung von Fig. 10 zu ersehen ist, ergibt das Addieren der Winkel "A" und "B" immer den Winkel "C".

Es hat sich herausgestellt, daß, wenn das Kühlelement 10 in Betrieb ist, das Geräusch, das von dem Kühlelement erzeugt wird, deutlich durch den Winkel "C" zwischen der longitudi nalen Schlitzmittelachse "SS" und der Ausrichtungsachse "ZZ" des Lüfterblattes beeinflußt wird. Es hat sich herausge stellt, daß das Geräusch, das von den Kühlelementen, wie z. B. dem Kühlelement 10, erzeugt wird, maximal ist, wenn der Winkel "C" gleich 0 Grad ist, und daß das Geräusch minimal ist, wenn der Winkel "C" gleich 90 Grad ist. Obwohl das Ge räusch bei einem Winkel "C" von 90 Grad minimiert ist, kön nen annehmbare Geräuschpegel unter Verwendung eines Winkels "C" zwischen etwa 45 Grad und etwa 135 Grad erreicht werden.

Es sei angemerkt, daß bei dem Kühlelement, das gemäß den exemplarischen Abmessungen, die im Vorhergehenden bekannt gemacht wurden, aufgebaut ist, der Winkel "C" etwa 60 Grad betragen kann. Wie es aus einer Überprüfung der Fig. 6 und 10 zu ersehen ist, würde ein Erhöhen des Winkels "C" über etwa 60 Grad hinaus auch den Winkel "A" erhöhen, woraus sich eine Störung zwischen den benachbarten Öffnungen 97 ergeben würde. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein Winkel "C", von 60 Grad einen ausreichend ruhigen Betrieb liefert.

Es sei ferner angemerkt, daß andere Konfigurationen des Kühlelements verwendet werden können, bei welchen der Winkel "C" gleich 90 Grad eingestellt werden könnte. Ein Beispiel wäre eine Wärmesenkenanordnung 50 mit einer niedrigeren An zahl von Schlitzen und breiteren Kühlflügeln. Eine derartige Konfiguration würde beispielsweise einen geeigneten Zwi schenraum ermöglichen, derart, daß ein Winkel "C" von 90 Grad für eine maximale Geräuschverminderung verwendet werden könnte.

Obwohl die Wärmesenkenanordnung 50 auf jede beliebige her kömmliche Art und Weise aufgebaut werden kann, wird nun ein bevorzugtes Verfahren für deren Aufbau beschrieben.

Als erstes kann eine massive runde extrudierte Stange, bei spielsweise aus Aluminium, mit dem im wesentlichen gleichen Durchmesser wie der Außendurchmesser "k" der Wärmesenkenan ordnung, siehe Fig. 7, vorgesehen sein.

Der Zylinder kann dann beispielsweise mit einer Drehbank ma schinell auf den exakten Außendurchmesser "k" der Wärmesen kenanordnung bearbeitet werden. Eine Drehbank kann daraufhin wieder auf eine herkömmliche Art und Weise verwendet werden, um die Lüfterkammer 84 mit einem Durchmesser "f" und die Senkung 88 mit einem Durchmesser "g" zu bilden.

Ein herkömmlicher Fingerfräsbetrieb kann verwendet werden, um die Kerbe 96 zu bilden, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Die Schlitze 73 können dann unter Verwendung eines Ringschnei ders gebildet werden. Nachdem der Ringschneider um den ge wünschten Schlitz- und Flügelneigungswinkel "w" und -Rotati onswinkel "A" ausgerichtet ist, können aufeinanderfolgende Schlitze geschnitten werden, wobei die Wärmesenkenanordnung zwischen jedem Schnitt um einen geeigneten Abstand bezüglich des Ringschneiders gedreht wird.

Ein Zylinder mit einer Höhe, die im wesentlichen gleich der Höhe "l" der Wärmesenkenanordnung ist, siehe Fig. 7, wird dann von der Stange geschnitten. Nach dem Schneiden des Zy linders kann die untere Oberfläche 54 der Wärmesenkenanord nung flach und glatt gefräst werden, um eine zuverlässige Befestigung an einer Wärmequelle zu erleichtern. Schließlich können die Bohrungen 56, 58, 60, 62 und die mit Gewinden versehenen Öffnungen 64, 66, 69, 70 in die untere Oberfläche 54 gearbeitet werden.

Um eine Wärmesenkenanordnung mit den hierin bekannt gemach ten exemplarischen Abmessungen zu bilden, kann der verwende te Ringschneider einen Durchmesser von ungefähr 10 cm (4,0 Zoll) und eine Dicke von ungefähr 0,8 cm (5/16 eines Zoll) aufweisen. Wie es zu ersehen ist, wird der Durchmesser des Ringschneiders die Krümmung der gekrümmten Oberflächenab schnitte 75 des unteren Teils des Schlitzes vorschreiben, siehe Fig. 5.

Das Bilden der Wärmesenkenanordnung 50, wie es im vorherge henden beschrieben wurde, ergibt eine Wärmesenkeneinheit mit einer einstückigen Konfiguration. Dies ist bezüglich dem wirksamen Entfernen von Wärme von der Wärmequelle vorteil haft, da jede Verbindungsstelle in der Wärmesenkenanordnung dazu tendieren würde, die Wärmeübertragungsfähigkeit zu be einträchtigen.

Claims

1. Kühlelement (10) zum Ableiten von Wärme von einer Wär mequelle (110), wobei das Kühlelement (10) folgende Merkmale aufweist:

a) eine im wesentlichen planare Oberfläche (54), die angepaßt ist, um die Wärmequelle (110) zu berühren;
b) eine Kühlelementmittelachse (BB), welche im we sentlichen senkrecht zu der planaren Oberfläche (54) ist;
c) eine Kammer (84), die innerhalb des Kühlelements (110) angeordnet ist;
d) eine Mehrzahl von Kühlflügeln (71), die die Kam mer (84) umgeben; und
e) wobei die Kühlflügel (71) bezüglich der Kühlele mentmittelachse (BB) geneigt sind.

2. Das Kühlelement gemäß Anspruch 1, das ferner ein Luft bewegungselement (20) aufweist, das in der Kammer (84) angeordnet ist.

3. Das Kühlelement (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, das fer ner einen wärmeleitfähigen Basisabschnitt (52) auf weist, der zwischen der planaren Oberfläche (54) und der Kammer (84) angeordnet ist.

4. Das Kühlelement (10) gemäß Anspruch 3, bei dem die Kühlflügel (71) ferner im wesentlichen den Basisab schnitt (52) umgeben.

5. Das Kühlelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Flügel (71) bezüglich der Kühlelementmittelach se (BB) um einen Winkel zwischen etwa 20 Grad und 70 Grad geneigt sind.

6. Das Kühlelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Flügel (71) bezüglich der Kühlelementmittelachse (BB) um einen Winkel von etwa 35 Grad geneigt sind.

7. Verfahren zum Entfernen von Wärme von einer Wärmequelle (110), wobei das Verfahren die folgenden Schritte auf weist:

a) Vorsehen einer Wärmesenkenanordnung (50) mit ei ner Grenzflächenoberfläche (54), mit einem peri pheren Wandabschnitt (82), der eine Kammer in demselben definiert, und mit einem wärmeleit fähigen Basisabschnitt (52), der zwischen der Grenzflächenoberfläche (54) und der Kammer (84) angeordnet ist;
b) Berühren der Wärmequelle (110) mit der Grenzflä chenoberfläche (54);
c) Bewirken, daß sich Luft (148, 150) durch den pe ripheren Wandabschnitt (82) in die Kammer (84) bewegt; und
e) Bewirken, daß sich Luft (144, 146) durch den Ba sisabschnitt (52) aus der Kammer (84) bewegt.

8. Das Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem die Schritte des Bewirkens einer Luftbewegung von einem Luftbewe gungselement (20) durchgeführt werden, das innerhalb der Kammer (84) angeordnet ist.

9. Das Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem der pe riphere Wandabschnitt (82) eine Mehrzahl von Flügeln (71) mit Schlitzen (73) zwischen denselben aufweist.

10. Das Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem die Schlitze (73) zwischen der Außenseite der Wärmesenkenanordnung (50) und der Kammer (84) Öffnungen bilden.