DE29802642U1

DE29802642U1 - Heatsink

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Publication number: DE29802642U1
Application number: DE29802642U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2008-02-07

Description

GR 98 G 4021 DE &Ggr;". .". ."GR 98 G 4021 DE &Ggr;". .". ."

Beschreibung
KühlkörperDescription
Heatsink

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkörper nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a heat sink according to the preamble of claim 1.

Mitunter läßt es sich nicht vermeiden, im Betrieb Verlustwärme abgebende elektrische oder elektronische Bauelemente in schlecht belüfteter Umgebung anzuordnen. An diesen Bauelementen oder Baugruppen tritt dann möglicherweise ein Wärmestau auf, der zu einer Veränderung der elektrischen Eigenschaften der betreffenden Bauelemente oder auch anderer Bauelemente in der näheren Umgebung und gegebenenfalls zur Zerstörung dieser Bauelemente führen kann. Besonders problematisch ist die Wärmeabfuhr in allseits geschlossenen Gehäusen. Zwar ist es meist noch möglich, die Wärme über Kühlkörper oder Ventilatoren aus dem Nahbereich der Wärmeerzeuger fortzuleiten; mindestens dann, wenn sich die Wärmeerzeuger im Inneren eines geschlossenen oder weitgehend geschlossenen Gehäuse befinden, ist eine ausreichende Wärmeabfuhr aber häufig nicht gegeben. Als Folge davon müssen für solche geschlossenen Behältnisse Bauelemente oder Baugruppen verwendet sein, die hohe Umgebungstemperaturen verkraften können. Dies verteuert die entsprechenden Geräte und führt gegebenenfalls dazu, daß einzelne besonders wärmeempfindliche Komponenten oder auch die Wärmeerzeuger selbst außerhalb des Gehäuses untergebracht werden müssen. Dort wiederum sind diese Komponenten weitgehend ungeschützt angeordnet und einer erhöhten mechanischen, elektrisehen oder magnetischen Beeinflussung ausgesetzt.Sometimes it is unavoidable to place electrical or electronic components that give off heat during operation in poorly ventilated environments. These components or assemblies may then build up heat, which can lead to a change in the electrical properties of the components in question or other components in the immediate vicinity and may even destroy these components. Heat dissipation is particularly problematic in housings that are closed on all sides. Although it is usually still possible to dissipate the heat from the vicinity of the heat generators using heat sinks or fans, sufficient heat dissipation is often not possible, at least when the heat generators are inside a closed or largely closed housing. As a result, components or assemblies that can withstand high ambient temperatures must be used for such closed containers. This makes the corresponding devices more expensive and may mean that individual, particularly heat-sensitive components or even the heat generators themselves have to be housed outside the housing. There, these components are largely unprotected and are exposed to increased mechanical, electrical or magnetic influences.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühlkörper anzugeben, der dazu geeignet ist, die Erwärmung im Inneren eines Gehäuses durch die Verlustwärme in ihm befindlicher elektrischer oder elektronischer Bauelemente oder Baugruppen zu begrenzen.The object of the invention is to provide a heat sink which is suitable for limiting the heating inside a housing due to the heat loss of electrical or electronic components or assemblies located therein.

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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Durch die Verwendung eines Wärmeleitblockes in Verbindung mit einer weitgehenden Wärmeisolation dieses Blockes wird dabei eine gute Wärmeableitung aus dem Gehäuseinneren erreicht.The invention solves this problem by the characterizing features of claim 1. By using a heat-conducting block in conjunction with extensive thermal insulation of this block, good heat dissipation from the interior of the housing is achieved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kühlkörpers sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments and further developments of the heat sink according to the invention are specified in the subclaims.

So soll der Wärmeleitblock gemäß Anspruch 2 aus Aluminium bestehen; Versuche mit unterschiedlichen Werkstoffen haben gezeigt, daß der gewählte Werkstoff bei vertretbarem Volumen eine gute Wärmeableitung ermöglicht.The heat conduction block according to claim 2 should be made of aluminum; Tests with different materials have shown that the selected material enables good heat dissipation with a reasonable volume.

Eine bevorzugte, im Anspruch 3 offenbarte Ausgestaltung eines solchen Wärmeleitblockes sieht eine quaderförmige Struktur vor, die sich einfach herstellen läßt.A preferred embodiment of such a heat conducting block, disclosed in claim 3, provides a cuboid-shaped structure that is easy to manufacture.

Dabei hat sich gezeigt, daß - wie im Anspruch 4 angegeben der Querschnitt des Wärmeleitblockes kleiner sein kann als die Flächen, an denen die Wärme in den Block eingeleitet und aus ihm abgeführt wird. Für jeden Anwendungsfall gibt es abhängig von der abzuleitenden Wärmemenge und der zulässigen Erwärmung des Gehäuseinneren einen im Sinne kleiner Abmessungen optimierten Wärmeleitblock.It has been shown that - as stated in claim 4 - the cross-section of the heat conduction block can be smaller than the areas where the heat is introduced into the block and dissipated from it. For every application, depending on the amount of heat to be dissipated and the permissible heating of the housing interior, there is a heat conduction block optimized in terms of small dimensions.

Die seitlichen wärmeisolierenden Abdeckungen bestehen gemäß Anspruch 5 vorzugsweise aus auf den Wärmeleitkörper aufsteckbaren Dämmplatten. Diese sorgen dafür, daß die in den Wärmeleitblock eingeleitete Wärme nicht wieder zur Seite hin aus dem Wärmeleitblock in das Gehäuseinnere austreten kann. Die Formgestaltung der aufsteckbaren Dämmplatten kann nach der Lehre des Anspruches 5 verschieden ausgeführt sein; wichtigAccording to claim 5, the side heat-insulating covers preferably consist of insulation panels that can be attached to the heat-conducting body. These ensure that the heat introduced into the heat-conducting block cannot escape from the side of the heat-conducting block into the housing interior. The shape of the attachable insulation panels can be designed in different ways according to the teaching of claim 5; important

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ist eine möglichst allseitige Abdeckung aller Partien des3
is to cover all parts of the

Wärmeleitblockes, die nicht zum Einleiten von Wärme in den Block bzw. zum Abgeben dieser Wärme nach außerhalb des Gehäuses dienen.
5Thermally conductive blocks that are not designed to introduce heat into the block or to dissipate this heat outside the housing.
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Nach der Lehre des Anspruches 7 sollen die Dämmplatten vorzugsweise aus einem schwer entflammbaren Werkstoff bestehen. Dies macht es möglich, auch größere Wärmemengen über den Wärmeleitblock zu transportieren.According to the teaching of claim 7, the insulation panels should preferably be made of a flame-retardant material. This makes it possible to transport even larger amounts of heat via the heat conduction block.

Für eine gute Wärmeeinleitung in den Wärmeleitblock sind die die Wärme abgebenden Bauteile oder Baugruppen nach der Lehre des Anspruches 8 über Wärmeleitfolien mit dem Wärmeleitblock verbunden; diese Ausbildung dient der raschen Wärmeableitung und vermindert die Gefahr von Wärmestaus in den Bauelementen oder Baugruppen.For good heat introduction into the heat conducting block, the components or assemblies that emit heat are connected to the heat conducting block via heat conducting foils according to the teaching of claim 8; this design serves to quickly dissipate heat and reduces the risk of heat build-up in the components or assemblies.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist im Anspruch 9 angegeben. Danach wird die in den Wärmeleitblock eingekoppelte Wärmeenergie nicht oder nicht ausschließlich über eine metallische Gehäusewand nach außen hin abgegeben, sondern über einen zusätzlichen Kühlkörper außerhalb des Gehäuses; die Wärmeabgabe und damit der Kühleffekt können bei dieser Anordnung intensiver sein als wenn die eingekoppelte Wärme über eine Gehäusewandung abgegeben wird.A preferred embodiment of the invention is specified in claim 9. According to this, the thermal energy coupled into the heat conduction block is not or not exclusively released to the outside via a metallic housing wall, but via an additional heat sink outside the housing; the heat release and thus the cooling effect can be more intense with this arrangement than if the coupled heat is released via a housing wall.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt inThe invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the drawing. The drawing shows in

Figur 1 in einer teilweisen Schnittdarstellung die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers und inFigure 1 shows a partial sectional side view of a heat sink according to the invention and

Figur 2 einen im Kühlkörper verwendeten Metallquader in der Drauf- und in der Seitenansicht.Figure 2 shows a metal cuboid used in the heat sink in top and side view.

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Der Kühlkörper besteht im wesentlichen aus zwei Komponenten nämlich zum einen aus einem in Figur 2 dargestellten quaderförmigen Wärmeleitkörper 1 und zum anderen aus einer diesen seitlich umschließenden wärmeisolierenden Abdeckung 2. Der Wärmeleitkörper aus einem gut wärmeleitfähigen Material wie z. B. Aluminium stellt eine Wärmebrücke zwischen den elektrischen oder elektronischen Bauelementen oder Baugruppen 3 im Inneren eines vorzugsweise geschlossenen Gehäuses und einer zur Wärmeabstrahlung geeigneten Außenwand 4 des Gehäuses dar.4
The heat sink essentially consists of two components, namely a cuboid-shaped heat conducting body 1 shown in Figure 2 and a heat-insulating cover 2 that surrounds it on the sides. The heat conducting body made of a material with good thermal conductivity, such as aluminum, represents a thermal bridge between the electrical or electronic components or assemblies 3 inside a preferably closed housing and an outer wall 4 of the housing that is suitable for heat radiation.

Alternativ oder zusätzlich kann die Wärmeableitung auch durch einen zusätzlichen Kühlkörper 5 außerhalb des Gehäuses erfolgen. Vorzugsweise ist dann das Gehäuse mit einer Ausnehmung versehen, über die der Wärmeleitblock 1 mit dem weiteren ' Kühlkörper 5 in wärmeleitender Verbindung steht. Bei einer solchen Ausbildung kann das Gehäuse für die Aufnahme u. a.Alternatively or additionally, heat dissipation can also be achieved by an additional heat sink 5 outside the housing. The housing is then preferably provided with a recess through which the heat-conducting block 1 is in thermally conductive connection with the additional ' heat sink 5. With such a design, the housing can be used to accommodate, among other things,

der die Verlustwärme abgebenden elektrischen oder elektronischen Bauelemente oder Baugruppen sogar aus einem Kunststoff bestehen.the electrical or electronic components or assemblies that emit the waste heat may even be made of plastic.

In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die elektrischen oder elektronischen Bauelemente oder Baugruppen 3 z. B. durch die CPU eines Mikrokontrollers oder Mikrocomputers dargestellt, wie er zur Steuerung beliebiger Prozesse verwendet sein kann. Um ein optimales Einkoppeln der in den Bauelementen und/oder Baugruppen erzeugten Verlustwärme in den Wärmeleitblock 1 zu ermöglichen, sind diese Bauteile bzw. Baugruppen über eine Wärmeleitfolie 6 mit dem Wärme-■leitblock 1 verbunden. Die Festlegung dieser mindestens einen Baugruppe am Wärmeleitblock 1 geschieht mittelbar durch Winkel 7 und 8 sowie eine Druckplatte 9, die über Abstandshalter 10 an den Winkeln 7 und 8 montiert ist. Die Winkel 7 und 8 ihrerseits sind am Wärmeleitblock 1 angeschraubt; sie können aber auch auf andere Art und Weise z. B. am Gehäuse festgelegt sein.In the embodiment shown in Figure 1, the electrical or electronic components or assemblies 3 are represented, for example, by the CPU of a microcontroller or microcomputer, as can be used to control any process. In order to enable optimal coupling of the waste heat generated in the components and/or assemblies into the heat conducting block 1, these components or assemblies are connected to the heat conducting block 1 via a heat conducting foil 6. This at least one assembly is attached to the heat conducting block 1 indirectly by angles 7 and 8 and a pressure plate 9, which is mounted on the angles 7 and 8 via spacers 10. The angles 7 and 8 are themselves screwed onto the heat conducting block 1; however, they can also be attached in another way, e.g. to the housing.

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Der Wärmeleitblock 1 besteht aus einem Quader 11, einer mit den Bauelementen bzw. Baugruppe 3 in Verbindung stehenden flanschartigen Wärmeeintrittsfläche 12 und einer die Wärme an das Gehäuse oder den weiteren Kühlkörper abgebenden Wärmeaustrittsfläche 13. Die Mindestgröße der Wärmeeintrittsfläche 12 und ihre Formgestaltung wird bestimmt durch die Bemessung der Baugruppe die die abzuleitende Wärme erzeugt; die Größe der Wärmeabstrahlfläche 13 bestimmt maßgeblich die Geschwindigkeit, mit der die in den Wärmeleitblock eingekoppelte Wärme abgeführt werden kann. Abhängig von der durch die mindestens eine Baugruppe erzeugten Verlustwärme, der zulässigen Wärme im Gehäuseinneren und der Fähigkeit des Wärmeleitblokkes, über das Gehäuse oder einen zusätzlichen Kühlkörper eine bestimmte Wärmemenge je Zeiteinheit nach außen hin abzugeben, gibt es für jeden Anwendungsfall einen bestimmten Mindestquerschnitt für den Wärmetransport. Wie aus Figur 2 zu erkennen ist, ist der für den Wärmetransport erforderliche Querschnitt des Quaders 11 durchaus kleiner als die Fläche der zum Ein- und Auskoppeln der Wärme in bzw. aus dem Wärmeleitblock erforderlichen Flansche 12 und 13.5
The heat conduction block 1 consists of a cuboid 11, a flange-like heat inlet surface 12 connected to the components or assembly 3 and a heat outlet surface 13 that releases the heat to the housing or the additional heat sink. The minimum size of the heat inlet surface 12 and its shape is determined by the dimensioning of the assembly that generates the heat to be dissipated; the size of the heat radiation surface 13 largely determines the speed at which the heat coupled into the heat conduction block can be dissipated. Depending on the heat loss generated by the at least one assembly, the permissible heat inside the housing and the ability of the heat conduction block to release a certain amount of heat per unit of time to the outside via the housing or an additional heat sink, there is a certain minimum cross-section for heat transport for each application. As can be seen from Figure 2, the cross-section of the cuboid 11 required for heat transport is considerably smaller than the area of the flanges 12 and 13 required for coupling the heat into and out of the heat conduction block.

Um zu verhindern, daß aus dem Wärmeleitblock beim Wärmetransport Wärme in das Innere des Gehäuses abgestrahlt wird, sind die Seitenwände des Quaders wärmeisoliert ausgeführt. Dies geschieht durch Aufsetzen von Dämmplatten 2 aus einem wärmeisolierenden, vorzugsweise schwer entflammbaren Werkstoff. Die Dämmplatten können dabei im Querschnitt I-, L-, U- oder im wesentlichen O-förmig ausgebildet sein und lassen sich z. B. von der Seite her auf den Quader aufschieben. Dort werden sie z. B. über Klebebänder festgehalten oder aber sie werden zwischen den Flanschen des Wärmeleitblockes durch Reibung fixiert.In order to prevent heat from being radiated from the heat conducting block into the interior of the housing during heat transport, the side walls of the cuboid are designed to be thermally insulated. This is done by placing insulation panels 2 made of a heat-insulating, preferably flame-retardant material. The insulation panels can have an I-, L-, U- or essentially O-shaped cross-section and can be pushed onto the cuboid from the side, for example. They are held in place there using adhesive tape, for example, or they are fixed between the flanges of the heat conducting block by friction.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der wärmeleitende Körper des Wärmeleitblockes aus einem Quader mit anIn the illustrated embodiment, the heat-conducting body of the heat-conducting block consists of a cuboid with

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seinen Enden überstehenden Flanschen. Diese Flansche können6
flanges protruding from its ends. These flanges can

einstückig mit dem Quader verbunden sein; es ist aber auch möglich, die Flansche gegebenenfalls über Wärmeleitfolien mit dem Flansch wärmeleitend zu verbinden. 5be connected to the cuboid in one piece; however, it is also possible to connect the flanges to the flange in a heat-conducting manner using heat-conducting foils if necessary. 5

Desgleichen ist es möglich, den wärmeleitenden Körper nicht als Quader sondern z. B. als Rundprofil oder als Sechseckprofil auszubilden. In diesem Falle wäre die wärmeisolierende Abdeckung vorzugsweise von rohrförmiger Gestalt auszubilden und ggf. mit einem Schlitz zu versehen, über den sich die Abdeckung beim Aufsetzen auf den wärmeleitenden Körper aufbiegen läßt. Gegebenenfalls ist auch das Aufstecken eines entsprechend profilierten Abdeckkörpers auf den Wärmeleitkörper mit anschließendem Montieren eines Flansches am Wärmeleitkörper möglich.It is also possible to design the heat-conducting body not as a cuboid but, for example, as a round profile or as a hexagonal profile. In this case, the heat-insulating cover should preferably be tubular in shape and, if necessary, provided with a slot through which the cover can be bent when placed on the heat-conducting body. If necessary, it is also possible to attach a suitably profiled cover body to the heat-conducting body and then mount a flange on the heat-conducting body.

Claims

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1. Heat sinks for dissipating the heat loss of electrical or electronic components or assemblies, in particular the processors of computers, preferably in housings that are closed on all sides,
. characterized in that at least one heat conducting block (1, 2) is provided which is in thermally conductive contact with a metallic housing wall (4) and/or at least one further cooling body (5) arranged outside the housing, at the end of which facing away from said housing wall the components and/or the at least one assembly (3) rest in thermally conductive contact, and in that the heat conducting block consists of a metallic body (11) which is provided with a cover (2) which largely thermally insulates it from the interior of the housing.

2. Heat sink according to claim 1,
characterized in that the body (11) consists of aluminum.

3. Cooling body according to claim 1 or 2, characterized in that the body (11) is designed as a cuboid.

4. Cooling body according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the body (11) has flanges (12, 13) towards the components and/or towards the at least one assembly and/or towards the housing wall for heat absorption or heat emission and that the heat-insulating cover (2) surrounds the body between these flanges.

5. Cooling body according to one of claims 1 to 4, characterized

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8 that the heat-insulating cover (2) made of

consisting of attachable insulation panels.

6. Heat sink according to claim 5,

characterized in that the insulation panels have I-, L-, U- or O-shaped cross sections perpendicular to the longitudinal axis of the body (11).

7. Heat sink according to claim 5 or 6,

characterized in that the insulation panels are made of a flame-retardant material.

8. Cooling body according to one of claims 1 to 7, characterized in that the components or the at least one assembly (3) rest on the metallic body (11) of the heat-conducting block via at least one heat-conducting foil (6).

9. Cooling body according to claims 1 to 8, characterized in that the housing has at least one passage for the end of the heat conducting block (1, 2) facing the housing wall (4).