DE3042985A1

DE3042985A1 - Anordnung zur temperierung von gegenstaenden insbesondere von elektronischen bauteilen

Info

Publication number: DE3042985A1
Application number: DE19803042985
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Phys. 3000 Hannover Baum; Gerhard 8011 Vaterstetten Keller; Peter Dr.Rer.Nat. 3004 Isernhagen Rohner; Michael Dipl.-Ing. 3012 Langenhagen Still
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1980-11-14
Filing date: 1980-11-14
Publication date: 1982-06-24

Description

Anordnung zur Temperierung von Gegenständen insbesondere
von elektronischen Bauteilen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Temperierung von Gegenständen insbesondere von elektronischen Bauteilen, bei welcher der Wärmetransport nach dem Wärmerohrprinzip vor sich geht, indem das in dem Wärmerohr befindliche Arbeitsfluid an dem auf einem höheren Temperaturniveau gelegenen Ende verdampft und an dem aul einem niedrigeren Temperaturniveau gelegenen Ende kondensiert wird.
Es ist bereits bekannt (DE-OS 28 01 660), die Verlustwärme von elektronischen Bauelementen mittel Wärmero@re abzuführen. Ein Ende des Wärmerohres ist bei dieser bekannten Vorrichtung mit dem zu kühlenden Bauelement verbunden, während das andere Ende durch die Gehäusewandung nach außen geführt ist. Hierdurch ist es möglich, die entstandene Verlustwärme aus dem Gehäuse bzw dem Schaltschrank nach außen abzuführen. Die Wärme wird dabei an die in den Räumlichkeiten befindliche Luft abgegeben, in denen die Schaltschränke bzw. Gehäuse untergebracht sind. Dadurch kann es zu einer unzulässigen Erwärmung der Luft kommen, so daß aufwendige Klimatisierungsanlagen erforderlich werden.
@@ @@ wer@@@@@n bekannt, daß Warmerohre @@sbessondere solche, in denen der Rücktransport des Kondensats aufgrund von Kapillarwirkung vor sich geht, eine bestimmte Länge nicht überschreiten dürfen.
Des weiteren ist es bekannt, mit elektronischen Bauteilen bestückte Schaltungen in den Gehäusen oder Schaltschränken auswechselbar, d.h. steckbar, unterzubringen. Die Kühlung der auf diesen steckbaren Schaltungen befindlichen elektronischen Bauelemente ist bisher noch nicht optimal gelöst.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, Wärme auch über größere Entfernungen nach dem Wärmerohrprinzip transportieren zu können, ohne daß es zu nennenswerten thermischen Widerständen kommt. Insbesondere soll eine Möglichkeit angegeben werden, auf auswechselbaren gedruckten Schaltungen befindliche elektronische Bauelemente nach dem Wärmerohrprinzip zu kühlen.
Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß mindestens zwei voll funktionsfähige Wärmerohre lösbar aber in gut wärmeleitendem Kontakt endseitig miteinander verbunden sind.
In Durchführung der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Wärmerohre mittels eines die Enden der Wärmerohre aufnehmenden metallischen Übergangsstücks zu verbinden. Dabei ist es wesentlich, daß nicht nur die Stirnflächen der Wärmerohre sondern auch ihre Mantelfläche in gut wärmeleitendem Kontakt zum Übergangs stück angeordnet sind. Eine andere Lösung besteht darin, daß ein Ende des einen Wärmerohres die Form eines Steckerstiftes und ein Ende des anderen Wärmerohres die Form einer Steckerbuchse aufweist. Da es normalerweise schwer möglich ist, die miteinander zu verbindenden Wärmerohre im Steckbereich allseitig unter Vermeidung von Luftzwischenschichten in Ver- bindung zu bringen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den im Steckbereich ggf. verbleibenden Zwischenraum mit einer Leitpaste auszufüllen. Mit besonderem Vorteil sind gesonderte Steckerteile an die Enden der Wärme rohre angelötet oder angeschweißt. Dabei können die Steckerteile entweder massiv oder als Hohlteile ausgebildet sein. Um eine gute Verlegung der Wärmerohre auf den gedruckten Schaltungen bzw. in den Schaltschränken zu ermöglichen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Wärmerohre als vorzugsweise schraubenlinienförmig gewellte Metallrohre auszubilden. Bei dieser Ausführungsform sollten die Steckerteile auf die Enden der gewellten Wärmerohre aufgeschraubt und dort verlötet oder verschweißt werden. Zu einem besonders günstigen Wärmeübergang zwischen den Enden der beiden Wärmerohre gelangt man, wenn an eines der Rohre endseitig ein Rohrstück mit Trennwand vakuumdicht angelötet oder angeschweißt ist, an das andere Rohr ein dünnwandiges becherförmiges Formteil angelötet oder angeschweißt ist, sowohl das Rohrstück als auch das Formteil Bestandteile der Wärmerohre sind und zur Steckverbindung das becherförmige Formteil in die freie öffnung des Rohrstücks einsteckbar ist Der Wärmetransport von einem Wärmerohr zum anderen geschieht bei dieser Ausführungsform im wesentlichen durch das Bodenteil des becherförmigen Formteils sowie die Trennwand, jedoch vollzieht sich ein Wärmetausch auch über die Wandung des hech förmigen Hohlteils und des Rohrstücks. Wenn infolge der @@@imierung des Wärmeübergangs das Rohrstück und das becherförmige Formteil eine enge Passung haben, ist es vorteilhaft, in die freie Öffnung des Rohrstücks im Bereich der Trennwand eine Entlüftungsbohrung einzubringen. Diese Entlüftungsbohrung erleichtert den Steckvorgang, indem beim Einführen des becherförmigen Formteils die Luft entweichen und beim Herausziehen Luft durch die Entlüftungsbohrung angesaugt werden kann. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß das Bodenteil des becherförmigen Formteils zum engen Anliegen an die Trennwand kommt. Eine besonders vorteilhafte Aus@@@ung nach der Lehre der Errindung besteht darin, daß die Steckverbindung durch zwei an den Enden der zu verbindenden Wärmerohre angebrachte kegelförmige Hohl teile aus dünnwandigem Kupferblech gebildet ist, wobei die kegelförmigen Hohlteile Bestandteile der Wärmerohre sind. Durch die kegelförmige Ausgestaltung wird die Kontaktfläche zwischen den Wärmerohren wesentlich erhöht, so daß ein nennenswerter Wärmewiderstand nicht auf tritt Zweckmäßig ist es dabei, in die sich berührende Kegelmantelfläche zumindest eines kegelförmigen Hohlteiles eine Entlüftungsnut einzuarbeiten. Die kegelförmigen Hohlteile sind zweckmäßigerweise vollkommen gleich, so daß diese mit einem Werkzeug, zum Beispiel durch Kaltschlagen oder Tiefziehen hergestellt werden können. Damit der Anpreßdruck auch nach dem eigentlichen Steckvorgang aufrechterhalten bleibt, ist die Steckverbindung durch Federkraft zusammengehalten. Mit besonderem Vorteil wird die beschriebene Steckeranordnung bei mit zu kühlenden elektronishen Bauteilen versehene in Schaltschränken oder Geräten auswechselbar anzuordnenden gedruckten Schaltungen zum Beispiel Europakarten verwendet. Bei diesem Anwendungsfall ist das eine Wärmerohr auf der die gedruckte Schaltung tragenden Karte befestigt, in dem sein eines Ende mit dem zu kühlenden Bauteil wärmeleitend verbunden ist und das mit dem Steckerteil versehne Ende im Bereich der elektrischen Steckerteile mündet. Beim Einschieben der Schaltung bzw. der warte sird @@@@chzeitig der Kontakt der elektrischen Steckerteile und der Warmerohrsteckerteile hergestellt. Das auf der Schaltung bzw. der Karte angebrachte Wärmerohr ist insbesondere beim Anwendungsfall der Europakarte bzw. überall dort, wo wenig Platz vorhanden ist, aus einem dünnwandigen Kupferrohr, zum Beispiel 6 x 0,8 mm, ausgebildet Das in dem Gehäuse bzw. dem Schaltschrank fest installierte andere Wärmerohr ist zweckmäßigerweise als Wellrohr ausgebildet. Bei der Verlegung der Wärmerohre sollte berücksichtigt werden, daß das sogenannte kühlere Ende des Wärme- rohres auf einem holeren Niveau als das erv.rmte ind des Wärmerohres gelegen ist. In diesem Fall geschieht der Rücktransport des Kondensats aufgrund von Schwerkraft. Ist eine solche Verlegung nicht möglich, wird man ein Wärmerohr verwenden müssen, an dessen innere Oberfläche eine kapillare Schicht vorhanden ist. Dies gilt insbesondere für das auf der Karte bzw. der gedruckten Schaltung angebrachte Wärmerohr, da normalerweise die Karten in horizontaler Richtung eingeschoben werden und ein ausreichend großes Gefälle nur unter großem Aufwand installiert werden kann. Indem die Karten oder Schaltungen beinhaltenden Schaltschrank bzw Gerät ist für jedes auf der Karte befindliche Wärmerohr ein mit diesem durch die Steckverbindung lösbar verbindbares Wärmerohr vorgesehen, dessen der Steckverbindung abgekehrtes Ende gekühlt ist. Diese Kühlung geschieht zweckmäßigerweise dadurch, daß die Wärmerohre an eine Kühlschiene an thermisch leitend angeschlossen sind.
Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In der Figur 1 sind die Enden zweier Wärmerohre 1 und 2 dargestellt. An das Ende des Wärmerohres 1 ist ein Rohrstück 3 angelötet oder angeschweißt, welches eine Trennwand 4 aufweist. Der dem Wärmerohr 1 zugekehrte Hohlraum 5 des Rohr:, cü#J ~ 1, d.h. die innere Oberfläche des Hohlraumes 5 nimmt am Wärmetausch teil. An das Ende des Wärmerohres 2 ist ein becherförmiges Hohlteil 6 angelötet oder angeschweißt, welches einen Ansatz 7 aufweist, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Rohrestücks 3 so angepaßt ist, daß seine äußere Oberfläche an der inneren Oberfläche des Rohrstücks 3 allseitig anliegt. Um zu verhindern, daß heim Zusammenstecken des Hohlteils 6 und des Rohrstücks 3 eine Annäherung des Bodenteils 8 an die Trennwand 4 durch komprimierte Luft verhindert wird, ist eine Entlüftungsermöglicht ein schnelles Zusammenstecken und Lösen der Teile 3 und 6. Sowohl das Rohrstück 3 als auch das becherförmige Hohlteil 6 sind zweckmäßigerweise durch Kaltcehlagen hergestellt. Es besteht aber auch die MöcJlichkeit, die Trennwand 4 in ein Rohr einzulöten.
Der Wärmetausch vollzieht sich bei dieser Anordnung im wesentlichen über die Trennwand 4 und das Bodenteil 8.
Jedoch nehmen auch die innere Oberfläche des Hohlraumes 5 sowie die Berührungsfläche zwischen dem Rohrstück 3 und dem Ansatz 7 am Wärmetausch teil.
Die Figur 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der Lehre der Erfindung. An das Ende eines Welirohres 10 ist ein kegelförmiges Metallteil 11 mit einem Flanschteil 12 vakuumdicht angelötet oder angeschweißt. An ein gleiches oder ein glattes Kupferrohr 13 ist ein gleichgeartetes kegelförmiges Hohlteil 14 ebenfalls vakuumdicht angelötet oder angeschweißt, das ein gleiches Flanschteil 15 aufweist. Beide Honlteile 11 und 14 sind Bestandteile der aus den Rohren 10 und 13 gebildeten Wärmerohre. Beim Zusammenstecken der Wärmerohre entsteht eine Berührungsfläcne zwischen den Wrmerohren entlang der inneren Oberfläche des kegelförmigen Hohl teils 11. Um ein leichtes Zusammenstecken und Lösen der Hohlteile 11 und 14 zu ermöglichen, ist zwischen den Berührungsflächen der Teile 11 und 14 eine nicht dargestellte Entlüftungsnut vorgesehen.
Da der Wärmeübergang mit dem Anpreßdruck der kegelförmigen Hohlteile gegeneinander zunimmt, ist eine Druckfeder 16 vorgesehen, welche zwischen dem Flansch 12 und einem feststehenden Ring 17 eingespannt ist. Das Rohr 13 bzw. das an seirlem Ende befe@tigte kg1co'rrni.ge Hohiteil 14 wird mittels nicht da@gestellte@ Schrauben in den Hohlraum des kegel- formigen hohl@ei@s @@ gepreßt. Durch die Wirkung Schr@@-ben wird die Druckfeder 16 vorgespannt und hält den erforderlichen Anpreßdruct zwischen den ohlteilen 11 und 14 aufrecht.
Die Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Lehre der Erfindung. An das Kupferglattrohr 23 sowie das Wellrohr 24 sind zwei gleichartige Steckerteile 25 und 26 gasdicht angelötet, wobei die Innenräume der Steckerteile 25 und 26 Teile der Wärmerohre 23 und 24 sind. Die Steckerteile 25 und 26 bestehen aus zylindrischen Teilen 27 und 28, an die sich im Querschnitt halbkreisförmige Teile 29 und 30 anschließen. Die Steckerteile 25 und 26 berühren sich im Bereich der ebenen Wandungen der Teile 29 und 30 (s. 31) sowie an den Stirnflächen der Teile 29 und 30. Über diese Berührungsfläche vollzieht sich der Wärmetausch. Der Anspreßdruck wird durch an die Steckerteile 25 und 26 angelötete oder angeschweißte Federn 32 und 33 erzeugt.
Die Figur 4 zeigt ein besonders günstiges Anwendungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Steckverbindung von Wärmerohren. Hierin ist mit 18 eine gedruckte Schaltung, vorzugsweise eine sogenannte Europakarte bezeichnet, die unter anderem einen Thyristor 19 trägt. An einem Ende der Karte 18 ist eine Steckerleiste 20 angebracht, welche clie Steckerbuchsen bzw Steckerstifte der elektrischen Verbindung trägt. Derartige Europakarten müssen auswechselbar in Schaltschränken oder Gehäusen untergebracht werden, wobei man die Karten 18 an der der Steckerleiste 20 entgegengesetzten Seite in nicht dargestellter Weise zum Beispiel mittels Schrauben in dem Gehäuse oder Schaltschrank befestigt. Der Thyristor 19 wird mittels des Wärmerohres 13 gekühlt, wobei das Wärmerohr 13 zum Thyristor 19 hin geneigt verlegt ist. Das dem Thyristor 19 abgekehrte Ende des ärmerohres 13 ist mittels der mit 21 bezeichneten Steckverbindung an ein Wärmerohr 10 thermisch angeschlossen, dessen freies Ende an zum Beispiel eine Kühlschine 22 ebenfalls thermisch angeschlossen ist. Auch das Wärmerohr 10 ist geneigt zur Steckverbindung 21 angec#idnet, so daß sowohl im Wärmerohr 13 als auch im Wärmerohr 10 das Kondensat zur Wärmequelle aufgrund von Schwerkraft zurückströmen kann. Es ist aber auch möglich, zusätzlich im Innern der Wärmerohre 13 bzw. 10 Kapillaren anzuordnen, die den Kondensattransport vornehmen.
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Claims

Patentansprüche @ Anordnung zur Temperierung von Gegenständen insbesondere von elektronischen Bauteilen, bei welcher der Wärmetransport nach dem Wärmerohrprinzip vor sich geht, indem das in dem Wärmerohr befindliche Arbeitsfluid an dem auf einem höheren Temperaturniveau gelegenen Ende verdampft und an dem auf einem niedrigeren Temperaturniveau gelegenen Ende kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet,. daß mindestens zwei voll funtionsfähige Wärmerohre (1,2,10,13,23,24) lösbar aber in gut wärmeleitendem Kontakt endseitig miteinander verbunden sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre (1,2,10,13,23,24) mittels eines die Enden der Wärmerohre aufnehmenden metallischen Übergangsstücks (3,6,11,14,25,26) verbunden sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des einen Wärmerohres (2,13) die Form eines Steckerstiftes (6,14) und ein Ende des anderen Wärmerohres (1,10) die Form einer Steckerbuchse (3,11) aufweist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet. daß der zwischen den Enden der Wärmerohre (1,2,10,13,23,24) im Steckbereich ggf. verbleibende Zwischenraum mit einer Wärmeleitpaste ausgefüllt ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß gesonderte Steckerteile (3,6, 11,14,25,26) an die Enden der Wärmerohre (1,2,10,13,23, 24) angelötet oder angeschweißt sind.
6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre als vorzugsweise schraubenlinienförmig gewellte Metallrohre (2,10,24) ausgebildet sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckerteile auf die Enden der gewellten Wärmerohre aufgeschraubt und dort verlötet oder verschweißt sind.
8. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an eines der Rohre (1) endseitig ein Rohrstück (3) mit Trennwand (4) vakuumdicht angelötet oder angeschweißt ist, an das andere Rohr (2) ein dünnwandiges becherförmiges Formteil (6) angelötet oder angeschweißt ist, daß sowohl das Rohrstück (3) als auch das Formteil (6) Bestandteile der Wärmerohre (1,2) sind und daß zur Steckverbindung das becherförmige Formteil (6) in die freie Öffnung des Rohrstücks (3) einsteckbar ist.
9. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in die freie Öffnung des Rohrstücks (3) im Bereich der Trennwand (4) eine Entlüftungsbohrung (9) eingebracht ist.
10. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d.3-durch gekennzeichnet, daß die Steckverbindung durch zwei an den Enden der zu verbindenden Wärmerohre (10,13) angebrachte kegelförmige Hohlteile (11,14) aus dünnwandigem Kupferblech gebildet ist, wobei die kegelförmigen Hohlteile (11,14) Bestandteile der Wärmerohre (10,13) sind.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die sich berührende Kegelmantelfläche zumindest eines kegelförmigen Hohlteiles (11,14) eine Entlüftungsnut eingearbeitet ist.
12. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß beide Steckerteile (25,26) gleichartig ausgebildet sind, daß sie einen hohlzylindrischen Teil (27,28) und einen sich daran anschließenden endseitig geschlossen im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildeten Teil (29,30) aufweisen und die Steckerteile (25,26) im Bereich des im Querschnitt halbkreisförmigen Teils mit ihren ebenen Bereichen (31) in Berührung stehen.
13. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckverbindung durch Federkraft (16, 32,33) zusammengehalten ist.
14. Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, für mit zu kühlenden elektronischen Bauteilen versehene in Schaltschränken oder Geräten auswechselbar-anzuordnenden gedruckten Schaltungen wie zum Beispiel Europakarten.
15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Wärmerohr (1,13,23) auf der die gedruckte Schaltung tragenden Karte (18) befestigt ist, indem sein eines Ende mit dem zu kühlenden Bauteil (19) wirmeleitend verbunden ist und das mit <I('m dem ';{fsckert(-il versehene Ende im Bereich (20) der elektrischen Steckerteile mündet.
16. Anordaurig viach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet daß das auf der Karte (18) befestigte Wärmerohr (1, 13,23) an seiner inneren Oberfläche eine kapillare Schicht trägt.
17. Anordnung nach Anspruch 14 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet daß in dem die Karten (18) beinhaltenden Schaltschrank bzw. Gerät für jedes auf der Karte befindliche Wärmerohr (1,13,23) ein mit diesem durch die Steckverbindung lösbar verbindbares weiteres Wärmerohr ' (21) vorgesehen ist, dessen der Steckverbindung abgekehrtes Ende gekühlt ist.
18. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre (21) an eine Kühlschiene (22) angeschlossen sind.