DE20317869U1

DE20317869U1 - Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt

Info

Publication number: DE20317869U1
Application number: DE20317869U
Authority: DE
Original assignee: Richard Woehr GmbH
Current assignee: Richard Woehr GmbH
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2013-11-20

Abstract

Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt zur Kühlung von wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen in Gehäusen und/oder Schaltschränken insbesondere von Computerprozessoren oder Leistungselektroniken mit einem wärmeabgebenden Mehrschichtenkühlkörper, einem und/oder mehreren Wärmeleitrohren sowie Adaptersystemen zur Aufnahme der wärmeaufnehmenden und wärmeabgebenden Enden der Wärmerohre dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtenkühlkörper mindestens aus den Schichten Platte, Kühlrippen und/oder Kühllamellen und abdeckender Platte besteht und der Kamineffekt dadurch entsteht, dass die Außenluft über die durch die Platten abgedeckten Lamellen des Kühlkörpers streicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt für Gehäuse und Schaltschränke mit hoher Schutzart in Bezug auf Berührungs-, Fremdkörper- und Wasserschutz mit eingebauten wärmeabgebenden elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen, insbesondere für Gehäuse für einen Computer mit einem Motherboard und Prozessor, Netzteil, Laufwerke sowie Slotkarten u. ä. Bauteile.
In der Computertechnik werden immer leistungsstärkere Prozessoren eingesetzt. Aufgrund ihrer hohen Rechenleistung und dadurch bedingt ihrer hohen entstehenden Verlustleistung erfordern sie eine enorme Kühlleistung, die üblicherweise mittels aktiven Lüftern abgeführt wird. Nachteilig bei diesen Lösungen ist, dass zum einen die Gehäuse eine große Bauhöhe benötigen und zum anderen die Lüfter störende Geräusche entwickeln. Außerdem können sich die Lüfter vom Sockel lösen bzw. ausfallen, was zur Zerstörung des Prozessors führen kann. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist, dass die Gehäuse zum Abführen der Wärme Zuluft von außen benötigen, was wiederum weitere Lüfter erfordert und den Geräuschpegel verstärkt. Des weiteren sind lüfterlose All-in-one Boards mit integrierten Kühlern bekannt. Bei diesen Boards wird die im Prozessor entstehende Wärme über Konvektion in die Luft im Gehäuse abgegeben. In vielen Fällen ist bei diesen Lösungen auch ein Lüfter zur Wärmeabfuhr im Gehäuse erforderlich, was wiederum den Geräuschpegel negativ beeinflusst.
In der DE 44 08 805 A1 ist eine Kühleinrichtung für Computer angegeben, die Ventilatoren und Temperaturüberwachungseinrichtungen aufweist. Über die Ausbildung eines Gehäuses für die elektrischen und elektronischen Baugruppen sind keine näheren Angaben gemacht
Ein Kühlsystem ähnlicher Art in einem Panel-Computers ist in der DE 197 31 033 beschrieben. Hierbei sind die elektrischen und elektronischen Baugruppen in einem wärmeableitenden Gehäuse aus einem wannenförmigen Unterteil und einem auf dessen umlaufenden Rand aufgesetzten Deckel integriert, wobei der Rechner eine Anzeigeeinheit und eine mindestens einen Ventilator aufweisende Kühleinrichtung aufweist. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Geräte durch den Einsatz der Lüfter sehr laut sind und bedingt durch die Lüfter eine begrenzte Lebensdauer aufweisen. Außerdem wird das Wohlbefinden, die Gesundheit und die Produktivität der tätigen Menschen durch den Einsatz der Lüfter negativ beeinflusst.
Des weiteren sind Kühlsysteme in Industriecomputer aus DE 100 58 739 A1 bekannt, die an einem kühlenden Frontrahmen ein speziell entwickeltes CPU-Board mit integriertem Netzteil befestigt haben, wobei das CPU-Board so gestaltet ist, dass mindestens ein Teil der wärmeerzeugenden CPU-Board-Bauteile mit dem Frontrahmen verbunden ist. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass zum einen keine Standardkomponenten wie Motherboard und/oder Netzteile o. ä. verwendet werden können, was zu einem sehr hohen Preis führt, da das speziell entwickelte CPU-Board nicht in so großen Stückzahlen produziert wird und zum anderen nicht die neuesten, leistungsstärksten Prozessoren zum Einsatz kommen. Außerdem wird durch die Verwendung des Frontrahmens als Kühlkörper nur ein geringer Teil des Gehäuses zur Wärmeabfuhr verwendet, was auch keine große Prozessorleistung zulässt.
In DE 199 44 550 A1 ist ein Gehäuse mit elektrischen und/oder elektronischen Einheiten beschrieben. Hier wird eine Heat-Pipe zur Kühlung eingesetzt, wobei als Kühler ein Aluminiumkühlkörper eingesetzt wird. Nachteilig bei dieser Lösung ist, und dies haben auch umfangreiche Versuche ergeben, dass die von der Heat-Pipe abgeführte Wärme nicht auf dem Kühlkörper gleichmäßig verteilt wird und so nicht für den Einsatz von Prozessoren der jüngsten Generation geeignet ist.
Aus der DE 692 23 643 T2 ist eine Kühleinrichtung für Computerkomponenten bekannt, die aus einem Kühlkreislauf bestehend aus Kondensator und Verdampfer und Ventilatoreinrichtungen aufgebaut ist, wobei in dem Kühlkreislauf Kühlmittel enthalten sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Kühlsystem der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die in elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen entstehende Verlustleistung und insbesondere bei Prozessoren der jüngsten Generation optimal abgeführt wird und so die Bauteile eine hinreichende Kühlung erfahren, so dass ihre Funktion in vollem Umfange gewährleistet ist und das es ermöglicht, Gehäuse und/oder Schaltschranksystem zu erhalten, die eine hohe Schutzart in Bezug auf Berührungs-, Fremdkörper- und Wasserschutz gewährleisten.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist also vorgesehen, dass ein und/oder mehrere gehäuseaußenwandseitig verlaufende im Gehäusesystem integrierte und/oder aufgesetzte wärmeabgebende Kühlkörper mit dem wärmeabgebenden Bauteil mittels mehrerer Wärmerohre wärmegekoppelt ist, und die Kühlkörper als Kühlkörper mit Kamineffekt ausgerüstet sind und vorzugsweise aus einem Strangpressprofil mit aufgesetzter Platte und mit und/oder ohne metallplattenförmiger Grundplatte als Mehrschichtenkühlsystem ausgeführt ist und wobei die Größe des Mehrschichtenkühlsystems so ausgelegt ist, dass es die von den Wärmerohren übertragene Wärmemenge auch optimal an die Umgebung abgibt und das wärmeabgebende Mehrschichtenkühlsystem mit Kamineffekt eine ausgezeichnete Wärmeaufnahme mittels Wärmeverteilerplatte sowie eine ausgezeichnete Wärmeabgabe durch Konvektion aufweist.
Eine einfache bevorzugte Ausführung der Erfindung weist als Kühlkörper mit Kamineffekt einen Mehrschichtenkühlkörper als Kühlkörper aus Strangpressprofil mit Kühlrippen und einer die Kühlrippen abdeckende Platte aus, die miteinander verbunden sind. Der Kühlkörper mit Kamineffekt ist auf zwei Seiten offen, so dass der Kamineffekt auftreten kann und zwar in Richtung der Profile. Die wärmeabgebenden Enden der Wärmerohre sind gleichmäßig auf der Fläche der metallplattenförmigen Grundplatte verteilt, so dass jedes wärmeabgebende Ende der Wärmerohre etwa dieselbe Fläche zur Wärmeverteilung und Wärmeübertragung aufweist, wobei die wärmeabgebende Ende der Wärmerohre mittels Adaptersystemen, die Kupfer hergestellt sind, befestigt werden. Die wärmeaufnehmenden Ende der Wärmerohre werden mittels eines Adaptersystems an dem wärmeabgebenden elektrischen oder elektronischen Bauteiles befestigt, wobei das Adaptersystem aus Kupfer hergestellt ist und dem Bauteil angepasst ist und mittels Spannklammern, Schrauben, Adapterplatten o. ä. Komponenten an dem Bauteil, insbesondere dem Prozessor festgehalten wird und wobei alle wärmeaufnehmende Enden der Wärmerohre in einem Adaptersystem integriert sind.
Eine Weiterentwicklung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlkörper mit Kamineffekt auf Distanz an einer und/oder mehreren Außenseiten angebracht ist.
Eine Weiterentwicklung sieht vor, dass der Kühlkörper in einer und/oder mehreren Gehäusewänden integriert ist.
Eine günstige Ausführung der Erfindung sieht als Grundkörper für den Kühlkörper eine Doppelstegplatte aus Aluminiumstrangpressprofil vor.
Als Wärmerohr wird eine Heat-Pipe verwendet, die schon bei geringen Temperaturdifferenzen zwischen dem wärmeaufnehmenden Ende und wärmeabgebenden Ende große Wärmemengen überträgt.
Eine Weiterentwicklung sieht vor, dass auf dem Kühlkörper eine metallplattenförmige Grundplatte aus einem Material mit einem Wärmeleitkoeffizienten der höher als Aluminium ist, angebracht ist.
Insbesondere weist das Anlöten und/oder Kleben der wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden Ende der Wärmerohre auf den Adaptersystemen eine Verbesserung der Wärmeübertragung aus, wobei eine weitere Verbesserung erzielt wird, wenn die wärmeabgebenden Enden der Wärmerohre direkt auf der metallplattenförmigen Grundplatte angelötet und/oder verklebt werden.
Eine Weiterentwicklung sieht vor, dass das Adaptersystem für das wärmeaufnehmende Ende der Wärmerohre eine metallische Platte ist, die einen höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten als Aluminium aufweist und dass diese Platte direkt an der Grundplatine des Motherboards befestigt wird, wobei die Unterseite dieser Platte glatt und riefenfrei ist und so die Platte dicht und spaltfrei auf die Prozessoroberfläche gepresst wird.
Zur besseren Wärmeübertragung des Kühlkörpers an die Umgebung wirkt sich der Einsatz von Hochleistungskühlkörper mit eingepressten Rippen aus.
Da die Wärmeübertragung der Mehrschichtenkühlsysteme durch größere Anströmgeschwindigkeiten der Umgebungsluft wesentlich verbessert wird, kann erfindungsgemäß an dem Mehrschichtenkühlsystem Lüfter angebracht werden, der eine Luftschleierfunktion für das Anströmen der Kühlrippen und/oder Kühllamellen und/oder eingepressten Rippen des Mehrschichtenkühlsystems übernimmt und so eine wesentliche Verbesserung der Wärmeübertragung gewährleistet.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das externe Mehrschichtenkühlsystem ein Hohlrippenkühlaggregat mit metallplattenförmiger Grundplatte aus, bei dem eine erzwungene Konvektion durch Axiallüfter stattfindet und der Kühlkörper aus Aluminiumbasisprofilen besteht, in die strömungs- und wärmetechnisch optimierte Strangpressprofile eingepresst werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung weist das externe Mehrschichtenkühlsystem als ein System mit Kühllamellen aus lotplattiertem Aluminium sowie ein Radialgebläse aus. Diese Kühlsystem zeichnet sich durch geringe Strömungsverluste aus, sowie kompakte Abmessungen und hohen Wärmefluss aus.
Zur Vermeidung von Wärmenestern innerhalb des Gehäuses und/oder Schaltschrankes empfiehlt es sich, je nach geforderter Umgebungstemperatur und Einsatzort eine Luftumwirbelung innerhalb des Gehäuses und/oder Schaltschrankes mittels eines Lüfters durchzuführen.
Um ein absolut geräuschloses System zu erhalten, ist die Auskleidung des Gehäuses mit Schalldämmmatten zu empfehlen, wobei das Gehäuse komplett geschlossen ausgeführt sein kann.
Eine Weiterentwicklung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Gehäuse und der Mehrschichtenkühlsysteme eine isolierende Schicht integriert ist, so dass gewährleistet ist, dass die abgeführte Wärme nur an die Umgebung abgegeben wird und nicht auf das Gehäuse übertragen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 Kühlsystem als Mehrschichtenkühlsystem mit Wärmerohr und Kamineffekt und angeflanschtem Motherboard
2 Kühlkörper als Doppelstegplatte
3 Kühlkörper am Gehäuse integriert
4 Mehrschichtenkühlsystem mit Lüfter zum Anströmen
In 1 ist ein Schnitt durch ein Kühlsystem als Mehrschichtenkühlsystem mit Wärmerohr und Kamineffekt und angeflanschtem Motherboard dargestellt. Das Mehrschichtenkühlsystem besteht aus einem Strangpressprofilkühlkörper 1 mit aufgesetzter abdeckender Platte 2, so dass der Kamineffekt dadurch entstehen kann, dass durch die Abdeckung der Kühlrippen 3 geschlossene Kanäle 4 enstehen. Die wärmeabgebenden Enden 13 der Wärmeleitrohre 5 werden direkt auf dem Strangpressprofilkörper 1 befestigt. Die wärmeaufnehmenden Enden 6 der Wärmerohre 5 sind auf einer Adapterplatte 7 angelötet, die mittels Schrauben 8 an der Grundplatine 9 des Motherboards 10 befestigt wird, wobei die Unterseite der Adapterplatte 7 glatt und riefenfrei ist und dicht und spaltfrei auf die Oberfläche des Prozessors 11 gepresst wird. Zur besseren Wärmeübertragung vom Prozessor 11 auf die Adapterplatte 7 ist eine Wärmeleitpaste 12 integriert.
In 2 ist ein Schnitt durch den Kühlkörper als Doppelstegplatte dargestellt. Dabei besteht das Kühlsystem aus dem Kühlkörper aus Doppelstegplatten 14, wobei die Doppelstegplatte als Strangpressprofil ausgebildet ist und zwei Platten 15 aufweist, die über Stege 16 miteinander verbunden sind. Zur besseren Wärmeverteilung ist auf einer Platte eine metallplattenfdörmige Grundplatte integriert.
3 zeigt eine Integration der Kühleinheit in einem Gehäuse. Das Gehäuse 17 weist auf einer Außenwand 18 eine Aussparung 19 für das Wärmeleitrohr 5 auf. Der Mehrschichtenkühlsystem aus einem Strangpressprofilkühlkörper 1 mit aufgesetzter abdeckender Platte 2, wird am Gehäuse 14 mechanisch befestigt, wobei eine Distanz zwischen Gehäuse und Kühlsystem ist. Ansonsten ist das Kühlsystem wie in 1 aufgebaut.
4 zeigt einen Schnitt durch das Mehrschichtenkühlsystem mit Lüfter zum Anströmen. Dabei ist über dem Mehrschichtenkühlsystem ein Staublech 20 mit darüber liegendem Trennblech 21 mit integrierten Radiallüftern 22 angeordnet. Durch das Staublech 20 wird erreicht, dass die von den Lüftern 22 angesaugte Luft gleichmäßig über die Kühlrippen und/oder Kühllamellen 3 der Schicht aus Aluminium oder Aluminiumlegierung 2 verteilt wird und so eine höhere Wärmeübertragung erzielt wird.

Claims

Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt zur Kühlung von wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen in Gehäusen und/oder Schaltschränken insbesondere von Computerprozessoren oder Leistungselektroniken mit einem wärmeabgebenden Mehrschichtenkühlkörper, einem und/oder mehreren Wärmeleitrohren sowie Adaptersystemen zur Aufnahme der wärmeaufnehmenden und wärmeabgebenden Enden der Wärmerohre dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtenkühlkörper mindestens aus den Schichten Platte, Kühlrippen und/oder Kühllamellen und abdeckender Platte besteht und der Kamineffekt dadurch entsteht, dass die Außenluft über die durch die Platten abgedeckten Lamellen des Kühlkörpers streicht.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtenkühlkörper aus einem Kupferkühlkörper mit integrierten Kühllamellen und abdeckender Platte besteht.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtenkühlkörper aus einem Doppelstegplattenprofil besteht, wobei die Doppelstegplatte als Strangpressprofil ausgebildet ist und zwei Platten aufweist, die über Stege miteinander verbunden sind.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine metallplattenförmigen Grundplatte im Mehrschichtenkühlkörper integriert ist, wobei die metallplattenförmige Grundplatte einen höheren Wärmeleitkoeffizienten als Aluminium aufweist.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeleitrohr eine Heat Pipe zum Einsatz kommt.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtenkühler auf Distanz zur Gehäuseaußenwand angeordnet ist.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallplattenförmige Grundplatte aus Kupfer und/oder dessen Legierungen besteht.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeabgebenden Ende der Wärmerohre so auf der metallplattenförmigen Grundplatte verteilt sind, dass jedes wärmeabgebende Ende eines Wärmerohres in etwa die gleiche Fläche zur Wärmeverteilung aufweist.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühllamellen in die Aluminiumplatte eingepresst sind.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrschichtenkühlsystem als Schicht aus Aluminium und/oder deren Legierungen als ein Hohlrippen- und/oder Segment- und/oder Strangprofil- und/oder Kühllamellenlüfteraggregat ausgeführt ist.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrschichtenkühlsystem als Schicht aus Aluminium und/oder deren Legierungen als ein Hohlrippen- und/oder Segment- und/oder Strangprofil- und/oder Kühllamellenlüfteraggregat mit Radial- und/oder Axiallüfter und/oder Gebläse ausgeführt ist.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur besseren Wärmeabgabe ein Axiallüfter und/oder Radiallüfter und/oder Radialgebläse die Luft über die eine Platte aus Aluminium und/oder deren Legierungen mit und/oder ohne Kühlrippen und/oder Kühllamellen leitet.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtenkühlkörper gegenüber dem Gehäuse und/oder Innenraum des Gehäuses isoliert ist.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallplattenförmige Grundplatte größer und/oder gleich groß und/oder kleiner als die Platte aus Aluminium und/oder deren Legierungen mit und/oder ohne Kühlrippen und/oder Kühllammellen ist.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse und das Mehrschichtenkühlsystem schallgedämmt ist.
Kühlsystem als Mehrschichtenkühlkörper mit Wärmeleitrohr und Kamineffekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Wärmenestern innerhalb des Gehäuses eine Luftumwälzungseinheit angeordnet ist.