DE29505830U1

DE29505830U1 - Anordnung zur Kühlung von elektronischen Bauteilen

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Publication number: DE29505830U1
Application number: DE29505830U
Authority: DE
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2005-04-06

Description

M 3421/VIl/bu

Papst-Motoren GmbH & Co. KG
Karl-Maier-Str. 1, D-78112 St. Georgen

Anordnung zur Kühlung von elektronischen Bauteilen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung insbesondere von elektronischen Bauteilen, bestehend aus einem Kühlkörper mit einer Grundplatte und darauf angeordneten Kühlrippen und aus einem an dem Kühlkörper angeordneten Lüfter zum Erzeugen eines zumindest die Kühlrippen bestrexchenden Luftströmes.

Eine derartige Kühl-Anordnung ist aus der US-PS 4 513 812 bekannt. Hierbei weist der Kühlkörper auf seiner länglich rechteckigen Grundplatte langsgerxchtete, parallele Kühlrippen auf, wobei zwei voneinander beabstandete Gruppen von Kühlrippen gebildet sind, zwischen denen elektrische bzw. elektronische Bauteile auf der Grundplatte angeordnet werden können. Im mittleren Bereich oder im Endbereich der Kühlrippen weisen diese Aussparungen zur Bildung eines-Aufnahmeraumes auf, in dem ein Radiallaufrad eines Lüfters so angeordnet ist, daß seine Rotationsachse senkrecht zur Grundplatte verläuft, so daß es bei Rotation einen Luftstrom längs durch die Zwischenräume der Kühlrippen bläst. Der Lüftermotor ist außerhalb des Bereichs der Kühlrippen auf der diesen abgekehrten Rückseite der Grundplatte ange-

ordnet, wobei eine Rotorwelle des als Innenläufermotor ausgebildeten Motors durch eine Öffnung der Grundplatte geführt und dort mit dem Radiallaufrad verbunden ist. Diese bekannte Anordnung hat sich im wesentlichen gut bewährt, allerdings sind die äußeren Abmessungen der gesamten Anordnung für viele Anwendungsfälle doch recht groß, und zwar insbesondere aufgrund des auf der Rückseite der Grundplatte angeordneten Motors.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit der bei sehr kleinen (kompakten) äußeren Baumaßen eine noch effektivere Kühlung erreicht werden kann, wobei sich die Anordnung insbesondere zur Kühlung von Halbleiter-Chips eignen soll.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Kühlkörper zur Halterung des Lüfters einen einstückigen, integralen Lageransatz aufweist, auf dem der Lüfter derart sitzt, daß der erzeugte Luftstrom auch den Lageransatz kühlt.

Erfindungsgemäß trägt somit auch die Halterung des Lüfters zur Wärmeabfuhr bei, so daß die Wärme besonders effektiv über den Kühlkörper an den vom Lüfter erzeugten Kühlluftstrom abgegeben wird. Dabei ist es für die bevorzugte Verwendung zur Kühlung eines Elektronik-Chips, wie z.B. eines CPU-Chips, von besonderem Vorteil, wenn der Lageransatz auf der einer Chip-Auflagefläche der Grundplatte abgekehrten Seite der Grundplatte, auf der auch die Kühlrippen vorhanden sind, angeordnet ist, und zwar insbesondere im etwa mittigen Flächenbereich der Grundplatte. Hierdurch kann der Kühlkörper großflächig {insbesondere vollflächig) und somit

mit gut wärmeleitendem Kontakt mit der Auflagefläche der Grundplatte auf einen Chip aufgesetzt werden, wobei die entstehende Chip-Wärme (üblicherweise bis etwa 20 Watt) vor allem im mittleren Bereich des Chips bzw. der Grundplatte sehr gut abgeführt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, weil in diesem Bereich des Chips üblicherweise die größte Wärmekonzentration auftritt.

Vorteilhafterweise wird dabei auch die im Elektromotor des Lüfters entstehende Stromwärme (ca. 1 Watt) unmittelbar an den Lageransatz abgegeben, wozu es vorteilhaft ist, wenn der Stator mit seinem Statorblechpaket kraft- und/oder formschlüssig und somit unmittelbar metallisch und gut wärmeleitend mit einer Statoröffnung auf einem Abschnitt des Lageransatzes sitzt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Lageransatz Kühlrippen auf, die vom Luftstrom des Lüfters umströmt werden. Hieraus resultiert eine besonders effektive Abführung der Wärme.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Lageransatzes ist es zudem möglich geworden, den gesamten Lüfter einschließlich des Elektromotors in den Kühlkörper zu integrieren. Dies bedeutet, daß vorteilhafterweise der Lüfter innerhalb von durch die Grundplatte und durch Begrenzungskanten der Kühlrippen definierten Raumkonturen in dem Kühlkörper integriert angeordnet ist. Hierzu sind die Kühlrippen zum Teil durch Aussparungen verkleinert, um so einen Aufnahmeraum für den Lüfter zu schaffen. Hierbei ist dann zweckmäßigerweise der Motor als Außenläufermotor ausgebildet, dessen Stator unmittelbar auf einem als Lagertragrohr ausgebildeten Abschnitt des Lageransatzes sitzt. Der Außenläufer trägt

hierbei vorzugsweise zur Bildung eines Axiallaufrades Axiallaufschaufeln bzw. Axiallüfterflügel. Dabei ist wahlweise eine Anordnung mit zur Grundplatte paralleler oder senkrechter Strömungsrichtung möglich, wozu dann die Rotationsachse des Motors entsprechend ausgerichtet ist, und zwar durch eine entsprechende Ausrichtung der Achse des Lagertragrohr-Abschnittes des Lageransatzes.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.

Anhand von einigen in der Zeichnung veranschaulichten vorteilhaften Ausführungsbeispielen soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines Kühlkörpers der erfindungsgemäßen Kühlungsanordnung in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Axialschnitt - bezogen auf die Rotationsachse des Motors - durch die erfindungsgemäße Kühlungsanordnung unter Verwendung des Kühlkörpers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Perspektivansicht analog zu Fig. 1 in einer alternativen Ausgestaltung des Kühlkörpers und

Fig. 4 eine Ansicht wie in Fig. 3 in einer vorteilhaften Weiterbildung des Kühlkörpers.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

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Wie sich zunächst aus Fig. 1 und 2 ergibt, besteht eine erfindungsgemäße Anordnung zur Kühlung von elektronischen Bauteilen aus einem Kühlkörper 2 und einem an dem Kühlkörper 2 angeordneten Lüfter 4 (Fig. 2) . Der Kühlkörper 2 besitzt eine vorzugsweise rechteckige Grundplatte 6 und darauf angeordnete bzw. gebildete Kühlrippen 8. Der Lüfter 4 dient hierbei dazu, einen zumindest die Kühlrippen 8 bestreichenden Luftstrom zu erzeugen. Der Kühlkörper 2 wird beispielsweise zur Kühlung eines Halbleiter-Chips 9 (z.B. CPU-Chip) mit der Grundplatte 6 großflächig auf dem Chip 9 angeordnet, so daß die in dem Chip 9 entstehende Wärme sehr effektiv abgeführt wird.

Erfindungsgemäß weist nun der Kühlkörper 2 zur Halterung des Lüfters 4 einen einstückigen, integralen Lageransatz 10 auf, der zweckmäßigerweise auf der Seite der Kühlrippen 8 angeordnet ist, und auf dem der Lüfter 4 mit einem Stator 12 seines Elektromotors 14 derart sitzt, daß der erzeugte Luftstrom auch den Lageransatz 10 zwecks Kühlung umströmt. Dies ist durch in Fig. 2 eingezeichnete Pfeile 15, die die Strömungsrichtung verdeutlichen sollen, leicht nachvollziehbar.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Lüfter 4 innerhalb von durch die Grundplatte 6 und durch die äußeren Begrenzungskanten der Kühlrippen 8 definierten Raumkonturen in dem Kühlkörper 2 integriert angeordnet ist. Wie sich aus jeder der Zeichnungsfiguren ergibt, sind hierzu die Kühlrippen 8 zum Teil verkleinert, um einen Aufnahmeraum für den gesamten Lüfter 4 zu schaffen. Hierbei sind die äußeren Kühlrippen jeweils zur Bildung von Seitenwandungen größer als die inneren Kühlrippen 8 ausgebildet.

Der erfindungsgeraäß mit dem Kühlkörper 2 einstückige Lageransatz 10 besteht in allen Ausführungsbeispielen aus einem mit dem Kühlkörper 2 verbundenen Lagerbock 16 und einem sich an diesen anschließenden, bevorzugt als Lagertragrohr 18 ausgebildeten Endabschnitt. Der Stator 12 des vorzugsweise als Außenläufermotor ausgebildeten Elektromotors 14 ist hierbei mit einer Öffnung seines Statorblechpaketes auf das Lagertragrohr 18 aufgesetzt bzw. aufgepreßt {s. Fig.2). Innerhalb des Lagertragrohrs 18 sind nicht konkret dargestellte Lagerelemente für eine. Rotorwelle 20 angeordnet. Die Rotorwelle 20 dient hierbei zur Rotationslagerung eines Außenläufers 22, der auf seinem Außenumfang ein Axiallaufrad 24 trägt. Somit ist■der Lüfter 4 bevorzugt als Axiallüfter ausgebildet.

Bezüglich der Richtung des von dem Lüfter 4 erzeugten Luftstromes gibt es nun zwei Alternativen. Gemäß Fig. 1 und 2 ist der Lüfter 4 über den Lageransatz 10 derart mit dem Kühlkörper 2 verbunden, daß der erzeugte Luftstrom im wesentlichen senkrecht in Richtung der Grundplatte 6 gerichtet ist. Hierzu ist dann auch die Rotationsachse der Rotorwelle 20 über das Lagertragrohr 18 entsprechend senkrecht zur Grundplatte 6 ausgerichtet. Das Axiallaufrad 24 ist hierbei bereichsweise oberhalb der freien Endkanten zumindest eines Teils der Kühlrippen 8 angeordnet {s. Fig. 2).

In einer in den Fig. 3 und 4 veranschaulichten Alternative ist der Lüfter 4 über den Lageransatz 10 derart mit dem Kühlkörper 2 verbunden, daß der erzeugte Luftstrom im wesentlichen parallel zu der Grundplatte 2 gerichtet ist. Hierbei ist entsprechend auch die Rotationsachse über das Lagertragrohr 18 parallel zur Grundplatte 2 und auch parallel zu den Kühlrippen 8 ausgerichtet. Dementsprechend ist

das Axiallaufrad 24 im Bereich vor den Stirnendkanten zumindest eines Teils der Kühlrippen 8 angeordnet, indem hier ein entsprechender Freiraum für den Lüfter 4 gebildet ist.

In beiden Ausführungsvarianten sind die Kühlrippen 8 zweckmäßigerweise zueinander im wesentlichen parallel angeordnet, und der Luftstrom ist bevorzugt im wesentlichen parallel zur Fläche der Kühlrippen 8 gerichtet.

In einer vorteilhaften, allerdings nur in Fig. 4 veranschaulichten Weiterbildung der Erfindung weist der Lageransatz 10 im Bereich des Lagerbockes 16 zusätzliche, vom Luftstrom des Lüfters 4 umströmte Kühlrippen 26 auf.

Der Kühlkörper 2 ist mit den Kühlrippen 8 und dem erfindungsgemäßen Lageransatz 10 einstückig insbesondere als Gußteil aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise Metall, wie beispielsweise Aluminium, ausgebildet.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims

► · ·»·&diams; M 3421/VIl/bu Papst-Motoren GmbH & Co. KG Karl-Maier-Str. 1, D-78112 St. Georgen Ansprüche

1. Anordnung zur Kühlung insbesondere von elektronischen Bauteilen, bestehend aus einem Kühlkörper (2) mit einer Grundplatte {6) und darauf angeordneten Kühlrippen (8) und aus einem an dem Kühlkörper (2) angeordneten Lüfter (4) zum Erzeugen eines zumindest die Kühlrippen (8) bestreichenden Luftstromes,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (2) zur Halterung des Lüfters (4) einen einstückigen, integralen Lageransatz (10) aufweist, auf dem der Lüfter (4) derart sitzt, daß der erzeugte Luftstrom auch den Lageransatz (10) kühlt.

2. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (4) innerhalb von durch die Grundplatte (6) und durch Begrenzungskanten der Kühlrippen (8) definierten Raumkonturen in dem Kühlkörper (2) integriert angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Lageransatz (10) im etwa mittigen Flächenbereich der Grundplatte (6) angeordnet ist.

4. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche Ibis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Lageransatz (10) aus einem mit dem Kühlkörper (2) verbundenen Lagerbock (16) und einem sich an diesen anschließenden, vorzugsweise als Lagertragrohr (18) ausgebildeten Endabschnitt besteht, wobei ein vorzugsweise als Außenläufermotor ausgebildeter Elektromotor (14) des Lüfters (4) mit einer Öffnung seines Stators (12) auf das Lagertragrohr (18) aufgesetzt ist, und wobei in dem Lagertragrohr (18) Lagerelemente einer Rotorwelle (20) angeordnet sind.

5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Lageransatz (10) vom Luftstrom des Lüfters (4) umströmte Kühlrippen (26) aufweist.

6. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (4) als Axiallüfter mit einem Axial"-Laufrad (24) ausgebildet ist, wobei das Laufrad (24) vorzugsweise auf der Außenfläche eines Außenläufers (22) befestigt ist.

7. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (4) über den Lageransatz (10) derart mit dem Kühlkörper (2) verbunden ist, daß der erzeugte Luftstrom im wesentlichen senkrecht in Richtung der Kühlkörper-Grundplatte (6) gerichtet ist.

8. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (4) über den Lageransatz (10) derart mit dem Kühlkörper (2) verbunden ist, daß der erzeugte Luftstrom im wesentlichen parallel zu der Kühlkörper-Grundplatte (2) gerichtet ist.

9. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (8) zueinander im wesentlichen parallel angeordnet sind, wobei der Luftstrom bevorzugt im wesentlichen parallel zur Fläche der Kühlrippen (8) gerichtet ist.

10. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (2) mit den Kühlrippen (8) und dem Lageransatz (10) als einstückiges Gußteil aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere aus Metall, ausgebildet ist.