DE19712723A1

DE19712723A1 - Electronic component cooler

Info

Publication number: DE19712723A1
Application number: DE1997112723
Authority: DE
Inventors: Ose Dr Lutz; Platt Nils
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-10-01

Abstract

The cooler includes cooling elements (13) of the base (12) exposed to a cooling air flow (18). They are in the form of needles vertically protruding from the base, with the air flow directed transversely to the needles. The needles have a changing cross-section and diameter along their extension, such as a conical one tapering away from the base. The ratio of the needle length to the diameter is less than twelve. The free spacing between the needles may be equal or exceed their diameter typically the base supports a component, or device to be cooled on the side away from the needles

Description

Field of application and state of the art

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper, bestehend aus einem Grundkörper und darauf angeordneten Kühlelementen, die einem Kühlluftstrom ausgesetzt sind.The invention relates to a heat sink consisting of a Base body and cooling elements arranged on it, which one Cooling air flow are exposed.

Kühlkörper werden in vielen Bereichen eingesetzt, um Maschi nen- oder Bauteile, wie beispielsweise auch elektrische Bauelemente, in denen unerwünscht viel Wärme entwickelt wird, durch die Umgebungsluft oder einen künstlich erzeugten Kühlluftstrom abzukühlen. So werden diese Teile vor Überhit zung geschützt, durch die sie beschädigt werden oder in einen unkontrollierten Betriebszustand geraten könnten. Um die Wärme möglichst gut an die Umgebungsluft abführen zu können, wird versucht, die Oberfläche zu vergrößern, da nach dem Newtonschen Abkühlungsgesetz für die Kühlleistung P gilt:
Heat sinks are used in many areas to cool machine or components, such as electrical components in which an undesirable amount of heat is developed, by the ambient air or an artificially generated cooling air flow. This protects these parts from overheating, which could damage them or put them in an uncontrolled operating state. In order to be able to dissipate the heat as well as possible into the ambient air, an attempt is made to enlarge the surface, since according to Newton's law of cooling, the following applies for the cooling capacity P:

P=(T_KK-T_KL)*a*AP = (T _KK -T _KL ) * a * A

Hierbei ist die Temperaturdifferenz zwischen Kühlkörpertempe ratur T_KK und Kühllufttemperatur T_KL, a als die Wärmeüber gangszahl und A als die Oberfläche des Kühlkörpers enthalten.Here, the temperature difference between the heat sink temperature T _KK and the cooling air temperature T _KL , a as the heat transfer coefficient and A as the surface of the heat sink is included.

Übliche Kühlkörper für größere Kühlleistungen sind meist als stranggepreßte Kühlkörper in Längsrippenbauform auf einer Grundplatte ausgebildet, bei denen die Kühlluft an den Rippen, die die Kühlelemente bilden, entlangströmt. Diese Bauform weist eine große Oberfläche im Vergleich zu der Fläche der Grundplatte auf. Nun ist aber aufgrund der Forde rung nach minimaler Baugröße die Oberfläche des Kühlkörpers durch die Außenabmessungen begrenzt. Auch die Lüfterleistung kann aufgrund der Entwicklung von Wärme im Lüftermotor selber, Gewichts-, Platz- und schließlich Kostengründen nicht beliebig gesteigert werden, um eine größere Menge an Kühlluft zur Verfügung zu stellen.Usual heat sinks for larger cooling capacities are usually considered extruded heat sink in longitudinal rib design on one Base plate formed, in which the cooling air to the Ribs that form the cooling elements flows along. This Design has a large surface area compared to that Surface of the base plate. Now is because of the Forde the surface of the heat sink according to the minimum size limited by the external dimensions. Fan performance too may develop heat in the fan motor itself, weight, space and ultimately not cost reasons can be increased arbitrarily to a larger amount of cooling air to provide.

TASK AND SOLUTION

Es wird nach einem Kühlkörper gesucht, der bei möglichst geringen Außenabmessungen eine möglichst große Kühlleistung erzielt, ggf. in Verbindung mit einem Lüfter die Temperatur differenz (T_KK-T_KL) zwischen Kühlkörper- und Kühllufttempe ratur besser ausnutzt und Material spart.We are looking for a heat sink that achieves the greatest possible cooling performance with the smallest possible external dimensions, possibly using the temperature difference (T _KK -T _KL ) between the heat sink and cooling air temperature better in conjunction with a fan and saving material.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kühlelemente als von dem Grundkörper abstehende, insbesondere senkrecht abstehende, Nadeln ausgebildet sind, wobei der Kühlluftstrom im wesentlichen quer zu den Nadeln erfolgt. Damit wird die Wärmeübergangszahl a vergrößert, so daß bei gegebener Ober fläche A und Temperaturdifferenz die Kühlleistung P ansteigt.This object is achieved in that the cooling elements as protruding from the base body, in particular vertically protruding needles are formed, the cooling air flow is done essentially across the needles. With that the Heat transfer coefficient a increases, so that for a given upper area A and temperature difference the cooling capacity P increases.

Die Kühlluft kann die Wärmeenergie besser von den Nadeln und damit vom Kühlkörper ableiten. Durch die Anströmung der Nadeln in Querrichtung werden sie vollständig mit Kühlluft angeströmt, so daß sie auf ihrer ganzen Länge wirken können.The cooling air can better absorb the thermal energy from the needles and thus derive from the heat sink. By the flow of the In the transverse direction, they are completely filled with cooling air flowed so that they can work along their entire length.

Der Querschnitt der Nadeln kann kreisförmig sein, denkbar sind aber auch andere Formen, wie beispielsweise elliptisch, drei- oder viereckig. Rundnadeln mit einem kreisförmigen Querschnitt sind jedoch am günstigsten herzustellen.The cross section of the needles can be circular, conceivable but are also other shapes, such as elliptical, triangular or quadrangular. Circular needles with a circular Cross sections are the cheapest to manufacture.

Die Anordnung der freistehenden Nadeln bewirkt eine Verwirbe lung des Kühlluftstromes, so daß sich längs ihres Umfanges keine Grenzschicht bilden kann. Eine solche Grenzschicht würde als Wärmedämmung zwischen den Nadeln und dem Kühlluft strom die Abfuhr der Wärmeenergie verschlechtern. Dabei ist allerdings auch darauf zu achten, daß die Nadeln nicht zu dicht stehen. Die Verwirbelung wäre dann zwar stärker, dafür kann dann aber der Kühlluftstrom nur durch Erhöhung der Lüfterleistung aufrecht erhalten werden, was jedoch nicht erwünscht ist. Unter Umständen kann die Oberfläche der Rundnadeln auch vorteilhaft angerauht oder gußrauh sein, so daß sich ihre Oberfläche vergrößert und somit die Kühl leistung P ansteigt.The arrangement of the free-standing needles causes a swirl tion of the cooling air flow, so that along its circumference cannot form a boundary layer. Such a boundary layer would act as thermal insulation between the needles and the cooling air electricity deteriorate the dissipation of thermal energy. It is However, also make sure that the needles are not closed stand close. The turbulence would then be stronger, for that But then the cooling air flow can only be increased by Fan performance can be maintained, but not is desired. The surface of the Round needles can also be advantageously roughened or cast rough, so that their surface area increases and thus the cooling power P increases.

Wenn die Nadeln einen sich in ihrem Verlauf ändernden Durch messer aufweisen, der insbesondere eine am Grundkörper beginnende, sich verjüngende konische Form der Nadeln be dingt, erzielt man zwei Vorteile. Zum einen ist der Kühl körper einfacher durch Gießen herzustellen, da die konischen verjüngten Nadeln leicht aus der Gußform zu entnehmen sind. Zum anderen kann der Umfang und somit die Oberfläche dem Verlauf der Temperaturverteilung angepaßt sein. Das bedeutet, daß nahe an der Grundplatte die Nadeln dick sind, da hier die Temperatur des Kühlkörpers hoch ist. Mit zunehmender Entfer nung vom Grundkörper wird auch die Temperatur sinken und deswegen können die Nadeln einen verringerten Umfang auf weisen. When the needles change their course Have knives, in particular one on the base body beginning, tapering conical shape of the needles be you get two advantages. On the one hand is the cooling body easier to make by casting, because the conical tapered needles are easily removed from the mold. On the other hand, the scope and thus the surface can Be adapted to the course of the temperature distribution. That means, that the needles are thick near the base plate, since here the The heat sink temperature is high. With increasing distance temperature of the base body will also decrease and therefore the needles can be reduced in size point.

Werden die Kühlkörper im Kaltpreßverfahren hergestellt, können die Nadeln zylindrisch sein. Ein solches Verfahren erweist sich bei großen Stückzahlen als besonders kosten günstig.If the heat sinks are manufactured using the cold press process, the needles can be cylindrical. Such a process proves to be particularly costly for large quantities Cheap.

Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Länge der Nadeln zu ihrem Durchmesser weniger als zwölf, vorzugsweise etwa acht. Das bedeutet, daß die Nadeln etwa achtmal so lang wie dick sind. Somit weisen sie eine langgezogene Form auf, und auf dem Grundkörper kann eine genügende Anzahl von Nadeln ange bracht sein. Bei einer konischen Form der Nadeln ist der durchschnittliche Durchmesser zu verwenden.The ratio of the length of the needles to is preferably their diameter is less than twelve, preferably about eight. That means the needles are about eight times as long as thick are. Thus, they have an elongated shape, and a sufficient number of needles can be attached to the base body be brought. In the case of a conical shape of the needles average diameter to use.

Eine besonders günstige Anordnung der Nadeln auf dem Grund körper kann dadurch erzielt werden, daß der freie Abstand zwischen den Nadeln etwa so groß ist wie ihr Durchmesser. In Verbindung mit dem vorherigen Merkmal wird so ein Kühlkörper mit einem Feld von Nadeln geschaffen, die aufgrund ihres Durchmessers, Abstandes, und ihrer Länge eine sehr günstige Durchströmung mit Kühlluft ermöglichen. Der solchermaßen dimensionierte freie Abstand zwischen den Nadeln reicht aus, um einen Kühlluftstrom auch innerhalb eines langgestreckten Feldes von Nadeln aufrechtzuerhalten. Dabei können die Nadeln entweder in geraden Reihen angeordnet sein, oder jeweils in Richtung des Kühlluftstromes versetzt zueinander, um eine verbesserte Verwirbelung zu erzielen. Ebenso denkbar ist aber eine durch beispielsweise Computersimmulation errechnete Anordnung, die auch scheinbar unregelmäßig sein kann. Aller dings muß dabei darauf geachtet werden, daß, wie oben er wähnt, ein ausreichender Kühlluftstrom durch den ganzen Kühlkörper hindurch aufrechterhalten werden kann. D.h., der erzeugte Staudruck und die gewünschte Luftmenge muß der Lüfterkennlinie angepaßt sein. A particularly favorable arrangement of the needles on the bottom body can be achieved in that the free distance between the needles is about the size of their diameter. In Combined with the previous feature, it becomes a heat sink created with a field of needles that due to their Diameter, distance, and their length a very favorable Allow flow of cooling air. That way dimensioned free distance between the needles is sufficient to a cooling air flow even within an elongated Maintain the field of needles. The needles either be arranged in straight rows, or each in Direction of the cooling air flow offset to one another to achieve improved turbulence. But is also conceivable one calculated by computer simulation, for example Arrangement that can also appear to be irregular. Everything However, care must be taken that, as above, he thinks there is a sufficient flow of cooling air through the whole Heat sink can be maintained through. That is, the generated back pressure and the desired amount of air must Fan characteristic curve must be adjusted.

Wenigstens ein zu kühlendes Bauelement oder wenigstens eine zu kühlende Vorrichtung können auf der von den Nadeln abge wandten Seite des Grundkörpers angebracht sein. Dies ist vor allem dann günstig, wenn das Bauelement oder die Vorrichtung im Vergleich zum Grundkörper großflächig sind, da dann bei einer Anordnung auf der Seite der Nadeln zu viele Nadeln für die Anbringung wegfallen müßten. Das wiederum hätte eine Verringerung der über die Nadeln abgeführten Kühlleistung P zur Folge. Diese Art der Anbringung hat auch den Vorteil, daß der Kühlkörper unabhängig von den zu kühlenden Bauteilen in Großserie angefertigt werden kann. Als Befestigungsmöglich keiten bieten sich vor allem Schraubverbindungen an, wobei auf die kontaktierenden Flächen noch Wärmeleitpaste o. dgl. aufgebracht werden kann. Dennoch kann es vor allem bei kleinen elektrischen Bauelementen, insbesondere Leistungsbau elementen, wie Leistungstransistoren o. dgl., vorteilhaft sein, diese auf der Seite der Nadeln auf dem Grundkörper anzubringen. Dazu müßten beim Herstellungsvorgang auf die Bauelemente abgestimmte Flächen freigelassen werden, oder die Nadeln nachträglich entfernt werden, so daß die Bauelemente auf dem Grundkörper wie oben beschrieben befestigt werden können. Diese spezielle Anordnung hat den Vorteil, daß zwar einige Rundnadeln wegfallen würden, jedoch das gesamte Bauelement dem Kühlluftstrom ausgesetzt ist. Die Kühlung eines kleinen Bauelementes kann auf diese Weise voraussicht lich effektiver gestaltet werden.At least one component to be cooled or at least one Device to be cooled can be removed from the needles facing side of the base body. This is before especially favorable if the component or the device compared to the main body are large, because then at an arrangement on the side of the needles too many needles the attachment would have to be eliminated. That in turn would have one Reduction of the cooling power P discharged via the needles result. This type of attachment also has the advantage that the heat sink regardless of the components to be cooled in Large series can be made. As an attachment option Above all, screw connections are ideal, whereby on the contacting surfaces still thermal paste or the like. can be applied. Still, it can be mostly at small electrical components, especially power engineering elements such as power transistors or the like, advantageous be this on the side of the needles on the body to attach. This would have to be done during the manufacturing process Components matched surfaces are left blank, or the Needles are subsequently removed so that the components be attached to the base body as described above can. This special arrangement has the advantage that some circular needles would be omitted, but the whole Component is exposed to the cooling air flow. The cooling a small component can be expected in this way be made more effective.

Bevorzugt sind der Grundkörper und die Nadeln einstückig hergestellt, wobei der Kühlkörper aus einem Material mit besonders guter Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Alumini um, bestehen kann. Auf diese Weise wird die Wärme besonders gut von dem zu kühlenden Teil abgeführt und sowohl auf den gesamten Grundkörper als auch auf alle Nadeln gleichmäßig verteilt. Es wird also die Bildung von sehr heißen bzw. The base body and the needles are preferably in one piece made, the heat sink made of a material with particularly good thermal conductivity, especially from aluminum um, can exist. This way the heat becomes special well dissipated from the part to be cooled and both on the entire body as well as on all needles evenly distributed. So the formation of very hot or

kühlen Stellen am Kühlkörper vermieden. Für einige Anwendun gen kann es vorteilhaft sein, Nadeln auch auf der freien Seite des Grundkörpers anzubringen, in den Zwischenräumen, die nicht von den daran befestigten Bauelementen eingenommen sind. Genauso ist es aber auch möglich, den Kühlkörper aus einer mit Bohrungen versehenen Grundkörper aufzubauen, wobei die Nadeln in diese Bohrungen eingedrückt werden. Dies kann bei solchen Ausführungen vorteilhaft sein, die sich durch eine sehr dichte Anordnung der Nadeln nicht mehr einstückig herstellen lassen. Die Nadeln können dabei automatisch von Profilstangen abgelängt werden, die eine durch Bürsten o. dgl. aufgerauhte Oberfläche aufweisen. Besonders Aluminium hat sich für Kühlkörper als sehr geeignet erwiesen. Zur guten Wärmeleitfähigkeit kommt vor allem noch das geringe Gewicht dazu. So kann man auch große Kühlkörper bauen, die gleichzei tig relativ leicht sind.cool spots on the heat sink avoided. For some applications gene, it may be advantageous to use needles on the free Side of the base body, in the gaps, which are not taken up by the attached components are. However, it is also possible to remove the heat sink to build a basic body with holes, whereby the needles are pushed into these holes. This can be advantageous in such designs, which are characterized by a very dense arrangement of the needles no longer in one piece have it made. The needles can automatically by Profile bars are cut to length, the one by brushing or the like. have a roughened surface. Especially aluminum has proven to be very suitable for heat sinks. For the good Thermal conductivity comes first and foremost the low weight to. So you can build large heat sinks at the same time are relatively easy.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann zur Erzeugung eines verstärkten Kühlluftstromes ein Lüfter, insbesondere ein Axiallüfter, an dem Kühlkörper angebracht sein. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß nicht nur die sich relativ wenig bewegende Umgebungsluft als Kühlluft ausgenutzt werden kann, die durch ihre fortschrei tende Erwärmung immer weniger Kühlleistung aufnehmen könnten sondern diese schon aufgewärmte Luft gegen frische Kühlluft ausgetauscht werden kann. Die für eine hohe Kühlleistung wichtige Temperaturdifferenz zwischen Kühlkörpertemperatur T_KK und Kühllufttemperatur T_KL wird so möglichst groß gehal ten. Für diese Zwecke verwendete Axiallüfter haben auch den Vorteil, daß sie relativ wenig Energie verbrauchen, zuver lässig funktionieren und geringe Baugrößen aufweisen. Ebenso kann natürlich auch ein beliebiger Luftstrom mit kühler Luft dazu genutzt werden. In a particularly preferred embodiment of the invention, a fan, in particular an axial fan, can be attached to the heat sink in order to generate an increased cooling air flow. This arrangement has the advantage that not only the relatively little moving ambient air can be used as cooling air, which could absorb less and less cooling power due to its progressive heating, but this already warmed-up air can be exchanged for fresh cooling air. The temperature difference between the heat sink temperature T _KK and the cooling air temperature T _KL , which is important for a high cooling capacity, is kept as large as possible. Axial fans used for this purpose also have the advantage that they consume relatively little energy, function reliably and are small in size. Any air flow with cool air can of course also be used.

In einer Ausführung kann der Grundkörper im wesentlichen länglich, insbesondere rechteckig, ausgebildet sein, wobei der Lüfter an der kürzeren Seite des Grundkörpers den Kühl körper längs anströmend angebracht sein kann. Bei bestimmten Einsatzzwecken kann eine solche Bauart bevorzugt gewählt werden, oder auch wenn die Platzverhältnisse keine andere Form des Kühlkörpers ermöglichen. Der Lüfter ist deswegen an der kürzeren Seite des Grundkörpers angebracht und vorzugs weise mit einem Querschnitt versehen, der dem ihm zugewandten Querschnitt des Kühlkörpers entspricht, damit der von ihm erzeugte Kühlluftstrom den gesamten Kühlkörper in Längs richtung durchströmen kann. Dabei werden im wesentlichen alle Nadeln gleichermaßen von Kühlluft durchströmt. Eine An bringung des Lüfters auf der längeren Seite des Kühlkörpers wäre in diesem Fall wenig sinnvoll, da der Lüfter nur einen seinem Querschnitt entsprechenden Kühlluftstrom erzeugen kann. Ein derart großer Lüfter wäre aber unzweckmäßig.In one embodiment, the basic body can essentially be elongated, in particular rectangular, wherein the fan on the shorter side of the body cools body can be attached to the longitudinal flow. With certain Such a type of construction can preferably be selected for purposes of use be, or even if the space available is no other Allow shape of the heat sink. The fan is therefore on attached to the shorter side of the body and preferred wise provided with a cross-section that the facing him Cross section of the heat sink corresponds to that of him generated cooling air flow the entire heat sink lengthways direction can flow through. Basically everyone Cooling air flows through the needles equally. An on Position the fan on the longer side of the heat sink would make little sense in this case, since the fan only one generate cooling air flow corresponding to its cross section can. Such a large fan would be inappropriate.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann der Grund körper im wesentlichen quadratisch ausgebildet sein, wobei der Lüfter oberhalb der Nadeln angebracht sein kann und die Richtung des von ihm erzeugten Kühlluftstromes längs zu den Nadeln auf den Grundkörper zu weisen kann. Trifft der Kühl luftstrom auf den Grundkörper auf, so wird er parallel zum Grundkörper zu allen Seiten hin aufgeteilt weiterströmen. Es werden also nur die direkt unter dem Lüfter liegenden Nadeln längs angeströmt, die anderen werden nach der Besonderheit der Erfindung quer angeströmt. Die Aufteilung des Kühlluft stromes erfolgt dabei gleichmäßig in alle Richtungen.In another embodiment of the invention, the reason body be formed substantially square, wherein the fan can be attached above the needles and the Direction of the cooling air flow generated by it to the Can point needles to the body. Meets the cool air flow onto the base body, so it becomes parallel to the Continue to flow the main body divided on all sides. It only the needles directly under the fan flowed along, the others are according to the peculiarity flowed across the invention. The division of the cooling air The current is even in all directions.

Es sind aber auch Geometrien für den Grundkörper und den gesamten Kühlkörper denkbar, die sich nicht auf die einfachen und naheliegenden rechteckförmigen oder quadratischen Ausfüh rungen beschränken. Der Grundkörper kann genausogut beliebig geformt oder gebogen sein, je nach Art der Anwendung. Die Nadeln können auch sehr verschiedene Längen aufweisen.But there are also geometries for the base body and the entire heat sink conceivable that are not based on the simple and nearby rectangular or square design restrictions. The basic body can just as well be arbitrary shaped or curved, depending on the type of application. The Needles can also have very different lengths.

Eine geringere Baugröße der Baueinheit aus Kühler und Kühl körper kann man dadurch erzielen, daß die Nadeln in einem Ausschnitt, der etwa der Größe des Lüfters entspricht, derart verkürzt ausgeführt sein können, daß der Lüfter teilweise oder auch vollständig in das von den Nadeln gebildete Feld eingelassen sein kann. Somit wird eine Anströmung der Nadeln nach dem vorigen Merkmal gewährleistet, und die Umlenkung des Luftstromes in Querrichtung zu den Nadeln wird begünstigt.A smaller size of the cooling and cooling unit body can be achieved by the needles in one Cutout that corresponds approximately to the size of the fan, such can be shortened that the fan partially or completely into the field formed by the needles can be embedded. Thus there is an inflow of needles guaranteed according to the previous feature, and the redirection of the Air flow in the transverse direction to the needles is favored.

An dem Kühlkörper kann wenigstens ein Luftleitblech angeord net sein, das einen im wesentlichen geschlossenen Luftkanal zur Führung des Kühlluftstromes vom Lüfter weg an allen Nadeln und der die Nadeln tragenden Oberfläche des Grund körpers entlang bildet. Die Kühlluft kann also nur dadurch den Kühlkörper verlassen, daß sie an allen Nadeln entlang strömt. Besonders vorteilhaft reichen die Luftleitbleche dazu sowohl an den Lüfter als auch an die Nadeln sehr nahe heran, so daß keine Kühlluft durch die Ritzen entweichen kann. So wird eine optimale Abfuhr der Kühlleistung von dem Kühlkörper zur Kühlluft hin gewährleistet.At least one air baffle can be arranged on the heat sink be a substantially closed air duct to guide the cooling air flow away from the fan at all Needles and the surface of the ground carrying the needles forms along the body. The cooling air can only do this leave the heat sink so that it runs along all the needles flows. The air baffles are particularly advantageous very close to both the fan and the needles, so that no cooling air can escape through the cracks. So is an optimal dissipation of the cooling power from the heat sink guaranteed to the cooling air.

Die Luftleitbleche und der Lüfter sind bevorzugt derart angeordnet, daß die Richtung des Kühlluftstromes auch zum Lüfter hin umkehrbar ist. Damit ist eine Verwendung des Kühlkörpers auch in solchen Fällen möglich, in denen der Lüfter im Saugbetrieb arbeiten soll. Die Betriebsart, ob Saug- oder Druckbetrieb, kann auch davon abhängen, wieviele Bauelemente an welchen Stellen des Kühlkörpers angebracht sind. The air baffles and the fan are preferably of this type arranged that the direction of the cooling air flow also to Fan is reversible. This is a use of the Heatsink also possible in cases where the Fan should work in suction mode. The operating mode, whether Suction or pressure operation, can also depend on how many Components attached at which points of the heat sink are.

Besonders vorteilhaft kommt ein solcher Kühlkörper in einer Induktionskochstelle zum Einsatz, wobei die zu kühlenden Bauelemente IGBT's sind. Bei einem Einsatz in einer In duktionskochstelle ist eine kompakte Bauform des Kühlkörpers bedeutend, da nur geringer Platz zur Verfügung steht. Als Leistungsbauelemente kommen sogenannte IGBT's zum Einsatz, die aufgrund der hohen zu schaltenden Leistungen beträcht liche Wärme erzeugen. Zur Abführung dieser Wärme soll der beschriebene Kühlkörper verwendet werden.Such a heat sink comes in a particularly advantageous manner Induction hob for use, the ones to be cooled Components of IGBTs are. When used in an In The production hob is a compact design of the heat sink important because there is only little space available. As So-called IGBTs are used for power components, the considerable due to the high power to be switched generate heat. To dissipate this heat, the described heat sink can be used.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun gen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und Zwischenüberschriften beschränken die unter diesen jeweils gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.These and other features go beyond the claims also from the description and the drawings, wherein the individual features individually or separately several in the form of sub-combinations in one execution tion form of the invention and realized in other fields his and advantageous as well as protectable execution can represent conditions for which protection is claimed here. The division of the application into individual sections and Subheadings limit those below each statements made are not generally valid.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindungen sind in den Zeich nungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:Two embodiments of the inventions are in the drawing nations and are explained in more detail below. In the drawings:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines auf einer Leiter platte befestigten länglichen Kühlkörpers, der von einem seitlich angebrachten Lüfter mit Kühlluft durchströmt wird; Figure 1 is a side view of an elongated heat sink attached to a circuit board, which is flowed through by a laterally attached fan with cooling air.

Fig. 2 eine Längsansicht des Kühlkörpers aus Fig. 1, vom Lüfter aus gesehen; FIG. 2 shows a longitudinal view of the heat sink from FIG. 1, seen from the fan;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Kühlkörper mit quadratischer Grundplatte, in deren Mitte ein Lüfter aufgesetzt ist; Figure 3 is a plan view of a heat sink with a square base plate, in the middle of which a fan is placed;

Fig. 4 eine Seitenansicht des Kühlkörpers aus Fig. 3, die den in das Feld der Nadeln eingelassenen Lüfter und die Luftleitbleche zeigt. Fig. 4 is a side view of the heat sink from Fig. 3, showing the fan embedded in the field of needles and the air baffles.

DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT

In der Fig. 1 ist ein Kühlkörper 11 dargestellt, der aus einer Grundplatte 12 und davon senkrecht abstehenden Rund nadeln 13 besteht. Er ist auf einer Leiterplatte 14 befes tigt, die mit einer Vielzahl von Bauelementen 15 bestückt ist. An der von den Rundnadeln 13 abgewandten Seite der Grundplatte 12 sind zwei Leistungsbauelemente 16 angebracht. Auf der einen Seite des Kühlkörpers 11 befindet sich ein Lüfter 17, der einen auf den Kühlkörper 11 und parallel zu dessen Grundplatte 12 gerichteten Kühlluftstrom 18 erzeugt.In Fig. 1, a heat sink 11 is shown, which consists of a base plate 12 and needles 13 projecting vertically therefrom. It is attached to a circuit board 14 , which is equipped with a variety of components 15 . On the side of the base plate 12 facing away from the circular needles 13 , two power components 16 are attached. On one side of the heat sink 11 there is a fan 17 which generates a cooling air flow 18 directed towards the heat sink 11 and parallel to its base plate 12 .

Die beiden freien Längsseiten des von den Rundnadeln 13 gebildeten Feldes sind mit einem Luftleitblech 19 umgeben. In der Fig. 2 kann man die Anordnung des Luftleitbleches 19 besser erkennen. An einer Seite ist es auf der Leiterplatte 14 befestigt und deckt die freien Enden der Nadeln ab, knickt dann rechtwinklig ab und überdeckt die freiliegende Längs seite des Kühlkörpers 11. Der vom Lüfter 17 kommende Kühl luftstrom 18 strömt in der Zeichnung in die Zeichenebene hinein auf den Kühlkörper 11 zu und durch das Feld von Rundnadeln 13 hindurch. Durch den von der Leiterplatte 14 und dem Luftleitblech 19 gebildeten Luftkanal 20 kann der Kühl luftstrom 18 den Kühlkörper 11 erst wieder an dessen anderem Ende verlassen. The two free long sides of the field formed by the circular needles 13 are surrounded by an air baffle 19 . In FIG. 2, one can better understand the arrangement of the air guide plate nineteenth It is attached to the circuit board 14 on one side and covers the free ends of the needles, then kinks at a right angle and covers the exposed longitudinal side of the heat sink 11 . The cooling air stream 18 coming from the fan 17 flows in the drawing into the plane of the drawing towards the heat sink 11 and through the field of circular needles 13 . Through the air duct 20 formed by the printed circuit board 14 and the air baffle 19 , the cooling air flow 18 can only leave the cooling body 11 again at its other end.

Die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Kühlkörper 11, der eine quadratische Grundplatte 12 aufweist. Darauf sind senkrecht aus der Zeichenebene heraus abstehende Rundnadeln 13 in regelmäßigen Abständen voneinander angeordnet. In der Mitte des Kühlkörpers 11 befindet sich ein Lüfter 17, an zwei Seiten des Kühlkörpers 11 sind Leiterplatten 14 befestigt. Fig. 3 shows a plan view of a heat sink 11 having a square base plate 12. Circular needles 13 projecting perpendicularly from the plane of the drawing are arranged thereon at regular intervals. In the center of the heat sink 11 is a fan 17, on two sides of the heat sink 11 printed circuit boards 14 are fixed.

In der Fig. 4 ist eine Seitenansicht des Kühlkörpers aus Fig. 3 dargestellt. Man erkennt, daß in einem dem Querschnitt des Lüfters 17 entsprechenden Bereich die Rundnadeln 13 verkürzt ausgeführt sind, wodurch der Lüfter 17 teilweise in das Feld der Rundnadeln 13 hinein versenkt ist. Der Lüfter 17 ist von einem Luftleitblech 19 umgeben, das den Kühlkörper auf der den freien Enden der Rundnadeln 13 zugewandten Seite nach außen hin abschließt. Der Lüfter 17 erzeugt einen Kühlluft strom 18, der zunächst in Längsrichtung der verkürzten Rundnadeln 13 senkrecht auf die Grundplatte 12 zuströmt. Von der Grundplatte 12 wird der Kühlluftstrom 18 jedoch zu allen Seiten hin seitlich umgelenkt, so daß eine gleichmäßige Durchströmung des Feldes von Rundnadeln 13 gewährleistet ist. Die Leiterplatte 14 und die Luftleitbleche 19 bilden wieder einen weitgehend geschlossenen Luftkanal 20, den der Kühlluftstrom 18 im wesentlichen nur durch die beiden freien Seiten verlassen kann. Die Luftleitbleche 19 reichen aber nur bis auf einen Spalt 21 an die Leiterplatten 14, die an zwei Seiten des Kühlkörpers befestigt sind, heran, so daß auch zwischen den Leiterplatten 14 und den Luftleitblechen 19 ein gewisser Teil der Kühlluft entweichen kann. Auf diese Weise werden durch die Strömung auch die letzten Rundnadeln 13 vor den Leiterplatten 14 erreicht. FIG. 4 shows a side view of the heat sink from FIG. 3. It can be seen that in a region corresponding to the cross section of the fan 17 , the circular needles 13 are shortened, as a result of which the fan 17 is partially sunk into the field of the circular needles 13 . The fan 17 is surrounded by an air baffle 19 , which closes the heat sink on the side facing the free ends of the circular needles 13 to the outside. The fan 17 generates a cooling air flow 18 , which initially flows in the longitudinal direction of the shortened circular needles 13 perpendicular to the base plate 12 . However, the cooling air flow 18 is deflected laterally from the base plate 12 to all sides, so that a uniform flow through the field of circular needles 13 is ensured. The printed circuit board 14 and the air baffle plates 19 again form a largely closed air channel 20 , which the cooling air flow 18 can only leave essentially through the two free sides. The air baffles 19 reach only up to a gap 21 to the circuit boards 14 , which are attached to two sides of the heat sink, so that a certain part of the cooling air can escape between the circuit boards 14 and the baffles 19 . In this way, the last circular needles 13 in front of the printed circuit boards 14 are also reached by the flow.

function

Bei der Ausführung des Kühlkörpers 11 nach den Fig. 1 und 2 geben die im Betrieb sehr viel Wärme entwickelnden Bauele mente 16 einen Teil dieser Wärme an die Grundplatte 12 des Kühlkörpers 11 ab. Zur Verbesserung der Wärmeleitung kann an den Kontaktflächen eine Wärmeleitpaste o. dgl. aufgetragen sein. Die Wärme der Bauelemente 16 wird so möglichst gut auf die Grundplatte 12, und von dieser ausgehend auf die Rund nadeln 13 verteilt. Da der Kühlkörper 11 eine sehr viel größere Oberfläche als das Bauelement 16 aufweist, kann er auch mehr Wärme an die Umgebungsluft abgeben. Seitlich an dem Kühlkörper 11 ist ein Lüfter 17 angebracht, der einen in Längsrichtung des Kühlkörpers 11 gerichteten Kühlluftstrom 18 erzeugt. Dieser Kühlluftstrom 18 tritt in den Luftkanal 20 ein, und kann diesen erst am anderen Ende des Kühlkörpers 11 wieder verlassen. Die Kühlluft durchströmt somit der Länge nach den ganzen Kühlkörper 11 und wird dabei durch die freistehenden Rundnadeln verwirbelt. Die Anordnung der Bauelemente 16 an der Grundplatte 12 kann auch daraufhin abgestimmt sein, daß die Kühlung auf der zum Lüfter 17 zeigenden Seite des Kühlkörpers 11 stärker erfolgt, da die an dieser Stelle eintretende Kühlluft noch Raumtemperatur besitzt. Vorteilhaft können also die Bauelemente 16 so angeordnet sein, daß den näher beim Kühler 17 liegenden Bauelementen ein kleinerer Teil des Kühlkörpers 11 zugeordnet ist als den weiter vom Lüfter 17 entfernten.In the embodiment of the heat sink 11 according to FIGS. 1 and 2, the components which develop a great deal of heat during operation give 16 a part of this heat to the base plate 12 of the heat sink 11 . In order to improve the heat conduction, a thermal paste or the like can be applied to the contact surfaces. The heat of the components 16 is distributed as well as possible on the base plate 12 , and starting from this on the circular needles 13 . Since the heat sink 11 has a much larger surface area than the component 16 , it can also give off more heat to the ambient air. Laterally to the heat sink 11, a fan 17 is mounted, which generates a directed in the longitudinal direction of the heat sink 11 cooling air flow 18th This cooling air flow 18 enters the air channel 20 and can only leave it again at the other end of the heat sink 11 . The cooling air thus flows lengthwise through the entire heat sink 11 and is swirled by the free-standing circular needles. The arrangement of the components 16 on the base plate 12 can also be coordinated with the fact that the cooling on the side of the cooling body 11 facing the fan 17 takes place more strongly, since the cooling air entering at this point still has room temperature. The components 16 can thus advantageously be arranged such that a smaller part of the heat sink 11 is associated with the components closer to the cooler 17 than those further away from the fan 17 .

Eine Abwandlung des Kühlkörpers von der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführung ist in den Fig. 3 und 4 darge stellt. Wie man in Fig. 4 sieht, ist der Lüfter 17 etwa zur Hälfte in das von den Rundnadeln 13 gebildete Feld etwa zur Hälfte eingelassen. Der zunächst nach unten erzeugte Kühl luftstrom 18 trifft senkrecht auf die Grundplatte 12, und wird von dort, wie dargestellt, rechtwinklig zu allen Seiten hin abgelenkt. Der auf diese Weise abgelenkte Kühlluftstrom strömt nun wieder parallel zur Grundplatte 12 die Rundnadeln 13 quer an, und erzeugt auf diese Weise die gesteigerte Kühlleistung des erfindungsgemäßen Kühlkörpers. Durch die sich an den Lüfter 17 anschließenden Luftleitbleche 19 kann der Kühlluftstrom 18 den Kühlkörper 11 im wesentlichen nur an den beiden nicht von den Leiterplatten 14 abgedeckten Seiten verlassen. Damit jedoch auch die nahe an den Leiterplatten 14 befindlichen Rundnadeln 13 vom Kühlluftstrom 18 durchströmt werden, reichen die Luftleitbleche 19 nicht ganz an die Leiterplatten 14 heran. Durch den so entstehenden Spalt 21 kann der Kühlluftstrom 18 den Kühlkörper 11 und das von den Rundnadeln 13 gebildete Feld nach oben hin verlassen. Auf diese Weise wird der Kühlluftstrom 18 auch auf den von den Leiterplatten 14 abgedeckten Seiten des Kühlkörpers 11 aufrecht erhalten.A modification of the heat sink from the embodiment shown in FIGS . 1 and 2 is shown in FIGS . 3 and 4 Darge. As can be seen in FIG. 4, approximately half of the fan 17 is embedded in the field formed by the circular needles 13 . The cooling air stream 18 initially generated downwards meets the base plate 12 vertically, and is deflected from there, as shown, at right angles to all sides. The cooling air flow deflected in this way now flows across the circular needles 13 parallel to the base plate 12 again, and in this way generates the increased cooling capacity of the heat sink according to the invention. Due to the air baffles 19 adjoining the fan 17 , the cooling air flow 18 can leave the cooling body 11 essentially only on the two sides not covered by the printed circuit boards 14 . However, so that the circular air needles 13 located close to the printed circuit boards 14 are also flowed through by the cooling air flow 18 , the air baffle plates 19 do not quite reach the printed circuit boards 14 . Through the gap 21 thus created, the cooling air flow 18 can leave the heat sink 11 and the field formed by the circular needles 13 upwards. In this way, the cooling air flow 18 is also maintained on the sides of the heat sink 11 covered by the printed circuit boards 14 .

Wie oben beschrieben kann auch hier die Anordnung der am Kühlkörper 11 angebrachten Bauelemente 16 individuell und jeweils von der in den einzelnen Bauelementen 16 entstehenden Wärme abhängig gewählt werden.As described above, the arrangement of the components 16 attached to the heat sink 11 can also be selected individually and depending on the heat generated in the individual components 16 .

Wie man in der Fig. 4 besonders gut sehen kann, ist durch den versenkten Einbau des Lüfters 17 die Gesamtbaugröße der Anordnung von Kühlkörper 11 und Lüfter 17 nur geringfügig vergrößert.As can be seen particularly well in FIG. 4, the total size of the arrangement of the heat sink 11 and fan 17 is only slightly increased by the recessed installation of the fan 17 .

Claims

1. heat sink, consisting of a base body ( 12 ) and cooling elements arranged thereon, which are exposed to a cooling air flow ( 18 ), characterized in that the cooling elements project from the base body ( 12 ) de, in particular vertically projecting needles ( 13 ) are formed, the cooling air flow ( 18 ) taking place essentially transversely to the needles ( 13 ).

2. A heat sink according to claim 1, characterized in that the needles ( 13 ) have a changing diameter in their course, which in particular requires a tapered conical shape of the needles ( 13 ) starting at the base body ( 12 ).

3. Heat sink according to claim 1 or 2, characterized in that the ratio of the length of the needles ( 13 ) to their diameter is less than twelve, preferably about eight.

4. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that the free distance between the needles ( 13 ) is approximately as large as its diameter or larger.

5. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that at least one component to be cooled ( 15 ) or at least one device to be cooled is attached on the side of the base body ( 12 ) facing away from the needles ( 13 ).

6. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that the base body ( 12 ) and the needles ( 13 ) are made in one piece, the heat sink ( 11 ) made of a material with good thermal conductivity, in particular aluminum.

7. A heat sink according to any one of the preceding claims, characterized in that a fan ( 17 ), in particular an axial fan, is attached to the heat sink ( 11 ) for generating a reinforced cooling air flow ( 18 ).

8. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that the base body ( 12 ) is substantially elongated, in particular rectangular, out, the fan ( 17 ) on the shorter side of the base body ( 12 ) along the heat sink ( 11 ) inflowing is attached.

9. Heat sink according to one of claims 1 to 7, characterized in that the base body ( 12 ) is substantially square, the fan ( 17 ) above the needles ( 13 ) and the direction of the cooling air flow generated by it ( 18th ) points longitudinally to the needles ( 13 ) on the base body ( 12 ).

10. Heatsink according to claim 9, characterized in that the needles ( 13 ) in a cutout, which corresponds approximately to the cross section of the fan ( 17 ), are so shortened that the fan ( 17 ) partially or completely in the of Needles ( 13 ) formed field can be embedded.

11. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that on the heat sink ( 11 ) at least one air baffle ( 19 ) is arranged, which has a substantially closed air duct ( 20 ) for guiding the cooling air flow ( 18 ) away from the fan ( 17 ) form along all needles ( 13 ) and the upper surface of the base body ( 12 ) carrying the needles.

12. Heatsink according to one of the preceding claims, characterized in that the air baffles ( 19 ) and the fan ( 17 ) are arranged such that the direction of the cooling air flow ( 18 ) can also be reversed towards the fan ( 17 ).

13. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that it is intended for use in an induction hob, and the components to be cooled ( 16 ) are IGBTs.