DE29704885U1 - Anordnung zur Abführung von Wärme einer in einem Gehäuse angeordneten Wärmequelle - Google Patents

Anordnung zur Abführung von Wärme einer in einem Gehäuse angeordneten Wärmequelle

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Description

'GR 97 G 3202
Beschreibung
Anordnung zur Abführung von Wärme einer in einem Gehäuse j an-
geordneten Wärmequelle [
■ ■ - - !
Bei in Gehäusen angeordneten elektronischen Vorrichtungen ist in der Regel eine ausreichende Wärmeabfuhr der durch Wärmequellen erzeugten Wärme aus dem Gehäuse notwendig. Dies trifft insbesondere für durch elektronische, optische oder mechanische Leistungsverluste erzeugte Wärme zu. Beispielsweise kann durch einen oder mehrere Gebläse.bzw. Lüfter am Gehäuse oder direkt an einem zu kühlenden Bauelement eine Luftzirkulation und damit eine Wärmeableitung bewirkt werden.
Insbesondere bei Anwendungen im industriellen Bereich, liegen einerseits in der Regel besonders harte Umgebungsbedingungen vor, andererseits ist ein möglichst hoher Grad an Wartungsfreiheit erwünscht. Beispielsweise können das Gehäuse um'gebender Staub, Fette, Hitze, korrosive Abgase o.a. den Gebrauch von Lüftern am Gehäuse unerwünscht werden lassen ,oder zu einer unverhältnismäßigen Herabsetzung der Lebensdauer der im Gehäuse angeordneten Elemente führen. Desweiteren sind zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit von Lüftern in derjRegel zusätzliche Mechanismen bzw. elektronische Überwachungsschaltungen erforderlich.
Aus dem Dokument „Kompetenz zu Ihrem Nutzen - Neuheiten 1995" der Firma ALUTRONIC sind sogenannte 'Heatpipes' bekannt. Diese dienen der Wärmeableitung der Verlustwärme von elektronisehen Bauelementen. In einem nach außen abgeschlossenen, länglichen Wärmeleitungsrohr wird am einen Ende über Verdunstung einer Flüssigkeit Wärme entzogen und am anderen Ende über Kondensation der Flüssigkeit wieder abgegeben. Somit ist eine Wärmeableitung der von elektronischen Bauelementen; produzierten Wärme zu einem Kühlkörper bewirkbar.
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Nachteilig ist es, daß das als 'Heatpipe' bezeichnete, länglich gestreckte Wärmeleitungsrohr relativ starr ist und durch Vibrationen Haarrisse bekommen kann. Insbesondere bei Anschluß des Wärmeleitungsrohrs an große, relativ gewichtige Kühlkörper, besteht das Problem-, daß durch Vibrationen und Schwingungen Risse provoziert werden. Derartige Risse könnten zum Eindringen von Luft in das unter Unterdruck stehende1 Wärmeleitungsrohr oder sogar zum Verlust der enthaltenen Flüssigkeit führen. Dies würde eine drastische Verschlechterung der Wärmeleitungseigenschaften des Wärmeleitungsrohrs verur- - Sachen und könnte somit zur Überhitzung und Zerstörung der zu kühlenden Bauelemente führen. Die Problematik von Vibrationen und Schwingungen verstärkt sich insbesondere dann, wenn die zu kühlenden Bauelemente und der Kühlkörper nicht auf demselben Träger, sondern auf unterschiedlichen, schwingungstechnisch gegeneinander beweglichen Trägern angeordnet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Anordnung zur Abführung von Wärme anzugeben, welche insbesondere für den Betrieb bei industriellen Umgebungsbedingungen geeignet ist.
Die Aufgabe wird gelöst mit der im Anspruch 1 angegebenen Anordnung zur Abführung von Wärme einer Wärmequelle aus einem Gehäuse. .._-
Vorteil der Anordnung zur Abführung von Wärme gemäß der Erfindung ist es, daß diese eine wartungsfreie Wärmeableitung auch bei Gehäusen ermöglicht, welche industriellen Umgebungsbedingungen, wie insbesondere Vibrationen und Schwingungen ausgesetzt sind. Somit sind Gehäuse ohne Öffnungen, wie beispielsweise Lüfterschlitze verwendbar, so daß ein erhöhter. Schutz und eine verbesserte elektromagnetische Abschirmung elektronischer Komponenten ermöglicht wird. Die Verwendung vollständig abgeschlossener Gehäuse ermöglicht somit insbesondere auch eine Verwendung bei explosionsgefährdeten Umgebungen .
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Vorteilhaft ist es, daß gemäß der Erfindung insbesondere; eine doppelt mechanische Entkopplung von der Wärmequelle und !dem sekundären Kühlelement bewirkbar ist. Zum einen besteht über das Wärmeleitungselement eine wärmeleitende und mechanisch bewegliche, entkoppelte Verbindung zwischen primärem und; sekundärem Kühlelement. Desweiteren ist das primäre Kühlelement beispielsweise über eine Blattfederverbindung zusätzlich mechanisch entkoppelt an der Wärmequelle anklemmbar. Die Wärmequelle ist beispielsweise ein mechanisch hochempfindliches elektronisches Bauelement, beispielsweise ein Mikroprozessor. Durch die erfindungsgemäße mechanische Entkopplung sind Wärmequelle und Kühlkörper vorteilhaft an unterschiedlichen Trägern anordenbar. Die Träger können somit beispielsweise ;in Form einer relativ flexiblen Leiterplatte und einer demgegenüber relativ starren Gehäusewand vorliegen, welche bei Vibrationen in der Regel unterschiedliche Vibrationsbewegungen aufweisen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in 0 den entsprechenden Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird desweiteren anhand des in den nachfolgend kurz angeführten Figuren dargestellten Ausführungsbeispilels weiter erläutert. Dabei zeigt: =■ ■- :
;
FIG 1 beispielhaft eine Anordnung gemäß der Erfindung izur Abführung von Wärme einer Wärmequelle aus einem 'Gehäuse, und
FIG 2 beispielhaft das länglich gestreckte Wärmeleitungselement mit primärem und sekundärem-. Kühl element in Explosionsdarstellung.
In der Figur 1 ist beispielhaft eine Anordnung gemäß der Erfindung zur Abführung von Wärme einer Wärmequelle B aus'einem Gehäuse G dargestellt. Die Anordnung zur Abführung von Wärme weist dabei wenigstens ein länglich gestrecktes -Wärmeleitung-
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selement P mit einem ersten Ende Pl zur Aufnahme von Wärme innerhalb des Gehäuses G und einem zweiten Ende P2 zur Abgabe von Wärme außerhalb des Gehäuses G auf. Das Wärmeleitungselement P durchdringt dieses dabei insbesondere an einer Öffnung O der Gehäusewand A des Gehäuses G. Die von dem Wärmeleitungselement P durchdrungene Öffnung O ist beispielsweise mit einer Gummidichtung abdichtbar, so daß das Gehäuse G vollständig in sich geschlossen ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Gehäusen, welche zur Verwendung in explosionsgeschützten Räumen vorgesehen sind und/oder eine vollständige elektromagnetische Abschirmung aufweisen sollen. Das Wärmeleitungselement P ist insbesondere in Form eines Wärmeleitungskanals ausgebildet, vorzugsweise in Form eines Wärmeleitungsrohrs, wie beispielsweise einer sogenannten 'Heatpipe'.
Des weiteren ist in Figur 1 die Sicht auf ein innerhalb des Gehäuses G angeordnetes primäres Kühlelement Kl der Anordnung freigegeben. Das primäre Kühlelement Kl ist dabei mit der Wärmequelle B im Gehäuse G verbunden. Die Wärmequelle B ist beispielsweise ein oder sind mehrere elektronische Bauelemente, wie Abwärme produzierende Leistungsbauelemente oder ein Mikroprozessor, mit dessen Gehäuse das primäre Kühlelement Kl verbindbar ist. Insbesondere bei einem Mikroprozessorgehäuse als Wärmequelle B ist das primäre Kühlelement Kl an diesem, beispielsweise über eine übliche Federblattverbindung F für Mikroprozessorgehäuseaufsätze mechanisch entkoppelt, d.h. insbesondere nicht starr, anklemmbar. Des weiteren weist das primäre Kühlelement Kl erste Anschlußmittel Hl zum Anschluß des ersten Endes Pl des Wärmeleitungselements P auf.
Die Anordnung gemäß der Erfindung,umfaßt des weiteren ein außerhalb des Gehäuses G angeordnetes sekundäres Kühlelement K2. Dieses weist zweite Anschlußmittel H2 zum Anschluß des zweiten Endes P2 des Wärmeleitungselements P auf. Vorzugsweise ist das sekundäre Kühlelement K2 dabei auf einer Außenseite der Gehäusewand A des Gehäuses G angeordnet. Ist das Gehäuse G selbst wärmeleitend, wie beispielsweise bei metalli-
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sehen Gehäusen, so wird vorteilhaft auch eine Wärmeabführung über das Gehäuse G bewirkt. Insbesondere kann das sekundäre Kühlelement K2 zur Oberflächenvergrößerung Kühlrippen R aufweisen. Primäres und sekundäres Kühlelement Kl und K2 sind vorzugsweise aus metallischem oder einem anderen wärmeleitenden Material, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium hergestellt.
Erfindungsgemäß sind die ersten und/oder die zweiten An-Schlußmittel Hl bzw. H2 derartig ausgebildet, daß das erste Ende Pl und/oder das zweite Ende P2^ des Wärmeleitungselements P wärmeleitend und mechanisch beweglich mit dem primären und/oder dem sekundären Kühlelement Kl bzw. K2 verbunden ist. Die Anordnung bewirkt somit die Ableitung der Wärme der :innerhalb des Gehäuses G angeordneten Wärmequelle B nach &agr;&iacgr;&mgr;&bgr;&bgr;&eegr; zum sekundären Kühlelement K2. Erfindungsgemäß sind dabei die Verbindung oder die Verbindungen zwischen Wärmeleitungseilement P und primärem und/oder sekundärem Kühlelement Kl bzw. K2 mechanisch beweglich und somit mechanisch entkoppelt.: Eine derartige mechanische Entkopplung ermöglicht vorteilhaft den ausfallfreien Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung auch bei starken Vibrationen und Schwingungen, wodurch vorteilhaft das Auftreten von Haarrißbildungen am Wärmeleitungselement P drastisch verringert wird. Insbesondere für die Verwendung eines Gehäuses G in industrieller Umgebung ist die Wartungsfreiheit und die erfindungsgemäß hohe Ausfallsicherheit i;der Anordnung zur Ableitung von Wärme von Vorteil. Eine weitere Beschreibung der ersten und zweiten Anschlußmittel Hl und H2 zur mechanischen Entkopplung gemäß der Erfindung erfolgt weiter unten im Rahmen der Beschreibung der Figur 2.
In einer in der Figur 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist das Wärmeleitungselement P zwischen- dem ersten und dem zweiten Ende P2 wenigstens eine Abwinkelung L auf. Die Abwinkelung L ist insbesondere L4 förmig und weist vorzugsweise einen Winkel im Bereich von 90° auf. Insbesondere ist in einer Ausführungsform der Anordnung
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die Abwinkelung L derartig ausgebildet, daß das erste Ende Pl des Wärmeleitungselements P innerhalb des Gehäuses G annähernd senkrecht zu der von dem Wärmeleitungselement P durchdrungenen Gehäusewand A verläuft. Des weiteren kann die Abwinkelung L vorteilhaft derartig ausgebildet sein, daß das zweite Ende P2 des Wärmeleitungselements P außerhalb des Gehäuses G annähernd parallel zu der von dem Wärmeleitungselement P durchdrungenen Gehäusewand A verläuft. Ebenso ist: beispielsweise eine umgekehrte Ausbildung der Abwinkelung L möglieh, so daß das erste Ende Pl innerhalb des Gehäuses annähernd parallel und-das zweite Ende P2 außerhalb des Gehäuses "G annähernd senkrecht zu der Gehäusewand A verläuft.
In der Figur 2 ist des weiteren beispielhaft das länglich gestreckte Wärmeleitungselement P mit einer Abwinkelung L, sowie das primäre und sekundäre Kühlelement Kl und K2 einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zur Abführung von Wärme im nicht montierten Zustand und ohne Gehäuse dargestellt. Primäres und sekundäres Kühlelement Kl und K2 sind dabei jeweils zweiteilig aus einem oberen und einem unteren Kühlsegment aufgebaut, welche in der Figur 2 mit den Bezugszeichen KIl, K12, K21 und K22 bezeichnet· sind.
Am primären Kühlelement Kl liegt das erste Anschlußmittel Hl beispielsweise in Form einer in das obere und das untere Kühlsegment KIl und Kl2 jeweils eingebrachten Halbschale HIl bzw. H12 vor. Beim-Zusammensetzen der KühlSegmente KIl und K12, beispielsweise durch Verschraubung oder Verklemmung, umfassen diese wärmeleitend das erste Ende Pl des Wärmeleitungselements P. Entsprechend liegt am sekundären Kühlelement K2 das zweite Anschlußmittel H2 beispielsweise in Form einer in das obere und das untere Kühlsegment K21 und K22 jeweils eingebrachten Halbschale H21 bzw. H22 vor, welche beim Zusammensetzen der Kühlsegmente K21 und K22 wärmeleitend das zweite Ende P2 des Wärmeleitungselements P umfassen.
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Gemäß der Erfindung sind die Durchmesser Dl bzw. D2 der Halbschalen HIl, H12 bzw. H21, H22 des primären bzw. des sekundären Kühlelements Kl bzw. K2 derartig dimensioniert, daß das erste und/oder das zweite Ende Pl, P2 mechanisch beweglich mit diesem verbunden ist. Eine mechanisch bewegliche Verbindung erfolgt vorzugsweise durch eine derartige Dimensionierung des Durchmessers Dl bzw. D2, daß dieser zumindest geringfügig größer ist als der Durchmesser D des Wärmeleitungselements P. Dadurch liegt das Wärmeleitungselement P, d.h. dessen erstes bzw. zweites Ende Pl, P2 beweglich schwimmend und somit mechanisch entkoppelt, insbesondere drehbar zwischen den Halbschalen HIl, H12 bzw. H21, H22.
Beispielsweise ist der Durchmesser Dl des primären Kühlelements Kl annähernd gleich groß, wie der Durchmesser D des Wärmeleitungselements P, so daß eine feste Verbindung bewirkt wird. Der Durchmesser D2 des sekundären Kühlelements K2 hingegen ist derartig gegenüber dem Durchmesser D des Wärmeleitungselements P größer dimensioniert, daß einerseits eine mechanisch bewegliche und andererseits eine wärmeleitende Verbindung bewirkt wird. Das Wärmeleitungselement P mit fest angeschlossenem primären Kühlelement Kl ist bei diesem Beispiel über dessen zweites Ende P2 gegenüber dem sekundären Kühilelement K2 radial drehbar. Der Wärmeleitübergang zwischen Wärmeleitungselement P und Kühlelementen Kl und K2 ist vorteilhaft durch Wärmeleitpaste optimierbar.

Claims (8)

GR 97 G 3202 8 Schutzansprüche
1. Anordnung zur Abführung von Wärme einer in einem Gehäuse (G) angeordneten Wärmequelle (B), mit
a) wenigstens einem länglich gestreckten Wärmeleitungselement (P), welches ein erstes Ende (Pl) zur Aufnahme und ein zweites Ende (P2) zur Abgabe von Wärme aufweist,
b) einem primären Kühlelement (Kl), welches
bl) innerhalb des Gehäuses (G). mit der Wärmequelle (B) verbunden ist, und
b2) erste Anschlußmittel (Hl) zum Anschluß des ersten Endes (Pl) des Wärmeleitungselements (P) aufweist, und
c) einem sekundären Kühlelement (K2), welches
el) außerhalb des Gehäuses (G) angeordnet ist, und
c2) zweite Anschlußmittel (H2) zum Anschluß des zweiten Endes (P2) des Wärmeleitungselements (P) aufweist,
dadurch gekennzeichnet , daß
d) die ersten und/oder die zweiten Anschlußmittel (Hl, H2) derartig ausgebildet sind, daß das erste Ende (Pl)
und/oder das zweite Ende (P2) des Wärmeleitungselements (P) wärmeleitend und mechanisch beweglich mit dem primären und/oder sekundären Kühlelement (Kl, K2) verbunden ist.
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2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Wärmeleitungselement (P) zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (P2) wenigstens eine, insbesondere L-förmige, Abwinkelung (L) aufweist.
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9
3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei \
a) das Gehäuse (G) eine Gehäusewand (A) mit einer Öffnung (O) aufweist, welche zur Durchführung des Wärmeleitungselement s (P) dient, und
b) die Abwinkelung (L) derartig ausgebildet ist, daß das
erste Ende (Pl) des Wärmeleitungselements (P) innerhalb des Gehäuses (G) annähernd senkrecht zu der Gehäusewand (A) verläuft.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei ".
a) das Gehäuse (G) eine Gehäusewand (A) mit einer Öffnung (O) aufweist, welche zur Durchführung des Wärmeleitungselements (P) dient, und
b) die Abwinkelung (L) derartig ausgebildet ist, daß das
zweite Ende (P2) außerhalb des Gehäuses (G) annähernd
parallel zu der von dem Wärmeleitungselement (P) durchdrungenen (0) Gehäusewand (A) verläuft.
5. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Wärmeleitungselement (P) in Form eines Wärmeleitungskanals ausgebildet ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wärmeleitungskanal in Form eines Wärmeleitungsrohrs ausgebildet
ist. -..'.'■'
7. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Wärmequelle (B) ein Mikroprozessorgehäuse ist.
8. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das sekundäre Kühlelement (K2) auf der Außenseite (A) des Gehäuses (G) angebracht ist.
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