DE202004007701U1

DE202004007701U1 - Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper

Info

Publication number: DE202004007701U1
Application number: DE202004007701U
Authority: DE
Original assignee: Richard Woehr GmbH
Current assignee: Richard Woehr GmbH
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2014-05-14

Abstract

Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper zur Kühlung von wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen insbesondere von Computerprozessoren oder Leistungselektroniken mit einem doppelseitigen Kühlkörper, einem und/oder mehreren Wärmeleitrohre sowie deren Adaptersystemen zur Aufnahme der wärmeaufnehmenden und/oder wärmeabgebenden Enden der Wärmeleitrohre, wobei die Adapter zur Wärmekopplung aus Kupfer und/oder Aluminium und/oder Graphit und/oder deren Legierungen hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelseitige Kühlkörper ein- und/oder mehrteilig ist und auf mindestens zwei Seiten mit und/oder ohne Kühlrippen und/oder Kühllammellen ausgeführt ist

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem zur Kühlung von wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen insbesondere von Computerprozessoren oder Leistungselektroniken mit einem doppelseitigem Kühlkörper, einem und/oder mehreren Wärmeleitrohren sowie deren Adaptersystemen zur Aufnahme der wärmeaufnehmenden Enden und/oder der wärmeabgebenden Enden der Wärmeleitrohre, wobei die Adapter zur Wärmekopplung aus Kupfer und/oder Aluminium und/oder Graphit und/oder deren Legierungen hergestellt sind und wobei der wärmeabgebende doppelseitige Kühlkörper eine ausgezeichneter Wärmeaufnahme sowie eine ausgezeichnete Wärmeabgabe durch Konvektion aufweist und auf mindestens zwei Seiten Kühlrippen und/oder Kühllamellen integriert hat.
Viele elektronische Bauelemente, insbesondere CPU-Prozessoren und Leistungselektroniken arbeiten in einem begrenzten Temperaturbereich und zeigen Fehlfunktionen, wenn die Temperatur außerhalb dieses Bereichs liegt. Außerdem erzeugen sie Wärme während ihres Betriebes. Um nun die richtige Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten muss die während des Betriebs der elektronischen Bauelemente erzeugte Wärme abgeführt werden.
Zur Kühlung von wärmeerzeugenden Bauteilen von elektrischen und elektronischen Komponenten sind eine Vielzahl von Kühlvorrichtungen bekannt. Vor allem werden die Bauteile durch thermischen Anschluss eines Kühlkörpers aus Aluminium oder Aluminiumlegierung an das wärmeerzeugende Teil gekühlt. Da jedoch Aluminium eine niedrige Wärmeleitfähigkeit hat, ist die Wärmeableitung unzureichend, so dass kein ausreichender Kühleffekt erzielt wird.
So ist in DE 201 12 851 U1 ein Kühlaggregat für eine Zentraleinheit beschrieben, indem ein Rahmen und ein Sitz miteinander verbunden sind, zwischen denen ein Kühlrippensatz angeordnet ist und der auf den Prozessor gepresst wird und einen Lüfter integriert hat. Nachteilig bei diesem System ist, dass die Wärme nur mittels des Lüfters abtransportiert wird. Außerdem ist es für Prozessoren hoher Leistung nicht ausreichend.
In DE 195 09 904 C2 wird eine Kühlvorrichtung zum Ableiten von Wärme von elektronischen Komponenten mittels eines Ventilators mit einer Grundeinrichtung, die an ihrem Rand erste Rippen und an ihrem Mittelbereich zweite Rippen aufweist und im Mittelteil ein Tragteil für den Ventilator vorhanden ist, und der Ventilator mittels Befestigungselementen an der Grundeinrichtung befestigt ist, wobei die Grundeinrichtung nur aus einem Material hergestellt ist, in diesem Fall aus Aluminium. Auch hier wird die Kühlleistung nur durch den Einsatz des Lüfters erreicht.
Die meisten Kühlvorrichtungen für Prozessoren und Leistungselektroniken basieren auf einem Aluminiumkühlkörper mit Rippen und angeflanschtem Lüfter. Kühlkörper aus Kupfer wären von der Wärmeleitung her wesentlich besser, sie sind jedoch sehr schwer und teuer. Des weiteren sind Kühlkörper aus Aluminium mit Kupferkern, z. B. geschraubte Kupferplatte auf Aluminiumkühlkörper oder Extrusionsprofil aus Aluminium mit Kupfer-Inlet u. a. bekannt, wobei das Kupfer im Innern für eine bessere Wärmeableitung sorgt und das Aluminium für einen guten Übergang an die Luft zuständig ist. Hier sind immer Aluminiumkühlkörper mit Lüftern im Einsatz. Nachteilig ist auch hier der Einsatz von Lüftern.
Zur Kühlung der elektronischen Komponenten sind weitere zahlreiche Kühlkörper aus Aluminium mit und/oder ohne Lüfter vorgeschlagen und entwickelt worden. Nachteilig bei diesen Lösungen ist zum einen der Geräuschpegel sowie die begrenzte Lebensdauer der Lüfter. Außerdem benötigt diese Art der Kühlung einen großen Platzbedarf, ist in ihrer Herstellung sehr teuer und lässt die abgeführte Wärme mittels Konvektion im Gehäuse, so dass weitere Lüfter zur Wärmeabfuhr der entstehenden Wärme aus dem Gehäuse heraus erforderlich sind. Des weiteren sind Kühler mit in den Kühlrippen integrierten Flüssigkeitskühlern und Lüftern bekannt. Nachteilig bei diesen Kühlern ist, dass, dadurch dass der Flüssigkeitskühler eine bestimmte Länge zur einwandfreien Funktion benötigt, diese aber bei den bekannten Kühlern nicht realisierbar, es nicht möglich ist, die kalte Zone des Flüssigkeitskühlers auch kalt zu halten. Denn der Kühlblock des Kühlers wird schnell warm und der Lüfter kühlt die Kühlrippen noch schlechter ab. Die kalte Zone erwärmt sich somit und der gewünschte Effekt bleibt aus. Auch diese Kühler benötigen Lüfter zur Wärmeabfuhr aus dem Gehäuse heraus.
In DE 199 44 550 A1 ist ein Gehäuse mit elektrischen und/oder elektronischen Einheiten beschrieben. Dabei dient ein Kühlkörper aus Aluminium zur Kühlung mittels Heat Pipe von den Einheiten, wobei entsprechende Luftkanäle im Kühlkörper integriert sind. Umfangreiche Tests haben jedoch gezeigt, dass das Problem bei den heutigen Prozessoren die Wärmeverteilung und die Wärmeübertragung von der Heat Pipe auf den Kühlkörper ist. Dies funktioniert nicht bei nur einschichtigen Kühlkörpern aus Aluminium, da der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Aluminium zu gering ist.
Dadurch, dass die wärmeerzeugenden Bauteile immer mehr verkleinert werden und immer mehr Wärme erzeugen, die abgeführt werden muss liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein lüfterloses Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, das es erlaubt, die in den elektrischen und elektronischen Bauteilen entstehende Wärme ohne Lüfter abzuführen und ohne Lüfter mit einem Kühlkörper mit ausgezeichneten Wärmeabstrahlungseigenschaften an die Umgebung abzugeben, wobei der Kühlkörper in seinen Abmessungen klein gehalten wird und das in seiner Herstellung äußerst preiswert ist und kein hohes Gewicht aufweist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist also vorgesehen, dass ein doppelseitiger Kühlkörper so gestaltet wird, dass er auf mindestens zwei Seiten Kühlrippen und/oder Kühllamellen aufweist und ein- und/oder mehrteilig ausgeführt ist, und dass das und/oder die wärmeaufnehmenden Ende der Wärmeleitrohre mittels ein- und/oder mehrteiligen Adaptersystemen, die aus Kupfer und/oder Aluminium und/oder Graphit und/oder deren Legierungen hergestellt sind, an den wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen befestigt sind und dass das und/oder die wärmeabgebenden Enden der Wärmeleitrohre mit und/oder ohne Adaptersysteme in Bohrungen und/oder Nuten in dem doppelseitigen Kühlkörper befestigt sind und wobei bei mehrteiligen doppelseitigen Kühlkörpern die Kühlkörper metallisch und/oder mechanisch miteinander verbunden sind.
Eine einfache bevorzugte Ausführung der Erfindung weist einen doppelseitigen Kühlkörper aus, der aus zwei Kühlkörperprofilen hergestellt ist, wobei die beiden Profile miteinander verschraubt sind. Das wärmeabgebende Ende des Wärmeleitrohres wird in Bohrungen in dem doppelseitigen Kühlkörper befestigt, wobei die Bohrung vorzugsweise mittig in den Profilen angeordnet ist. Das wärmeaufnehmende Ende des Wärmeleitrohres wird mittels eines Adaptersystems an dem wärmeabgebenden elektrischen oder elektronischen Bauteiles befestigt, wobei das Adaptersystem dem Bauteil angepasst ist und mittels Spannklammern, Schrauben o. ä. Komponenten fest und/oder federnd am Bauteil angeordnet ist.
Eine wesentliche Verbesserung der Wärmeübertragung wird durch eine metallische Verbindung zwischen den beiden Kühlkörpern mit und/oder ohne Kühlrippen und/oder Kühllamellen durch eines der Verfahren Hartlöten, Weichlöten, diffundiertes Bonding, Schweißen, Vergießen, Eingießen oder Walzplattieren erreicht.
Günstig für die Wärmeübertragung vom wärmeabgebenden Ende des Wärmeleitrohres auf den Kühlkörper wirkt sich der Einsatz eines Adapters aus Kupfer und/oder Graphit und/oder deren Legierungen aus, wobei das wärmeabgebende Ende des Wärmeleitrohres im Adaptersystem integriert ist und das Adaptersystem zylindrisch oder quaderförmig ausgeführt ist.
Zur besseren Wärmeübertragung des Kühlkörpers an die Umgebung wirkt sich der Einsatz von Hochleistungskühlkörper mit eingepressten Rippen aus.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem, zweiteiligem Kühlkörper
2 einen Schnitt durch einen einteiligen doppelseitigen Kühlkörper mit integriertem Adaptersystem
In 1 ist ein Schnitt durch ein Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und doppelseitigem, zweiteiligem Kühlkörper dargestellt. Der doppelseitige Kühlkörper 1 besteht aus zwei Kühlkörperprofilen 2 die mittels Schrauben 3 miteinander verbunden sind, wobei die Kühlkörperprofile 2 mit und/oder ohne Kühlrippen und/oder Kühllamellen 3 ausgeführt sind. Das und/oder die wärmeaufnehmenden Enden 4 der Wärmeleitrohre 5 werden mittels Adaptersystemen 6, die aus Kupfer bestehen, an den wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen 7 befestigt. Das und/oder die wärmeabgebenden Enden 8 der Wärmeleitrohre 5 werden in Bohrungen 9 in dem doppelseitigen Kühlkörper 1 befestigt, wobei die Bohrung 9 eine Presspassung ausweist.
2 zeigt einen Schnitt durch einen einteiligen doppelseitigen Kühlkörper mit integriertem Adaptersystem. Dabei besteht der doppelseitige Kühlkörper 10 aus einem beidseitig mit Rippen 11 versehenen Kühlkörperprofil 12. Das Profil 12 weist mittige Bohrungen 13 auf, in die ein Adaptersystem 13 zur Aufnahme des wärmeabgebenden Endes 8 des Wärmeleitrohres 5 integriert ist. Das wärmeabgebende Ende 8 des Wärmeleitrohres ist in einer Bohrung 14 des Adaptersystems 13 befestigt.

Claims

Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper zur Kühlung von wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen insbesondere von Computerprozessoren oder Leistungselektroniken mit einem doppelseitigen Kühlkörper, einem und/oder mehreren Wärmeleitrohre sowie deren Adaptersystemen zur Aufnahme der wärmeaufnehmenden und/oder wärmeabgebenden Enden der Wärmeleitrohre, wobei die Adapter zur Wärmekopplung aus Kupfer und/oder Aluminium und/oder Graphit und/oder deren Legierungen hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelseitige Kühlkörper ein- und/oder mehrteilig ist und auf mindestens zwei Seiten mit und/oder ohne Kühlrippen und/oder Kühllammellen ausgeführt ist
Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrteiligen doppelseitigen Kühlkörpern die mechanische Verbindung zwischen den beiden Kühlkörpern mit und/oder ohne Kühlrippen und/oder Kühllammellen mittels Schrauben und/oder Nieten und/oder Stehbolzen mit Muttern und/oder Spannklammern o. ä. erfolgt.
Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einteiligem doppelseitigem Kühlkörper der Kühlkörper aus einem Profil mit mindestens zwei Seiten mit und/oder ohne Kühlrippen und/oder Kühllammellen hergestellt ist.
Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeleitrohr eine Heat Pipe zum Einsatz kommt.
Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Verbindung zwischen den beiden Kühlkörpern mit und/oder ohne Kühlrippen und/oder Kühllammellen mittels eines der Verfahren Hartlöten, Weichlöten, diffundiertes Bonding, Schweißen, Vergießen, Eingießen oder Walzplattieren hergestellt ist.
Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeabgebende Ende des Wärmeleitrohres in einer Bohrung im doppelseitigen Kühlkörper integriert ist.
Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung eine Spiel- oder Presspassung zur Aufnahme des wärmeabgebenden Endes des Wärmeleitrohres und/oder der Adaptersysteme aufweist.
Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Wärmeleitrohres rechteckig ausgeführt ist.
Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im doppelseitigen Kühlkörper eine Aufnahmebohrung und/oder Nut für ein Adaptersystem zur Aufnahme des wärmeabgebenden Endes des Wärmeleitrohres integriert ist.
Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühllamellen in die Aluminiumplatte eingepresst sind.
Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelseitige Kühlkörper als einteiliges Gussteil hergestellt ist.
Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelseitige Kühlkörper gleichzeitig als Gehäusewand und/oder Gehäuseschale dient.
Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebohrung und/oder Nut mittig im Kühlkörper angeordnet ist.
Kühlsystem mit Wärmeleitrohr und mit doppelseitigem Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen und/oder Kühllamellen auf den beiden Seiten unterschiedliche Höhen aufweisen.