DE4126227A1 - Controllable heat conducting system esp. for cooling electronic assemblies - contains two heat conductors in variable thermal contact, one being elastically deformable to vary contact area - Google Patents

Controllable heat conducting system esp. for cooling electronic assemblies - contains two heat conductors in variable thermal contact, one being elastically deformable to vary contact area

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Abstract

The heat conducting system, contains two heat conductors (2,3) in mutual varial thermal contact. One contact surface is curved (6) and the other's shape is different from the negative shape of the curvature. At least one conductor (3) is elasticaly deformed by forces so that a larger or smaller part of its surface matches the negative shape of the contact surface of the other. The deformation is controlled by an element (7) mounted on a holder and itself able to be deformed by a controlling electrical parameter. USE/ADVANTAGE - Primarily for use in equipment with low power losses. Suitable for inclusion in a temp. control loop under defined conditions.

Description

Die Erfindung betrifft ein steuerbares Wärmeleitsystem, insbesondere zur Kühlung elektronischer Baugruppen, welches vorrangig in Geräten mit kleiner Verlustleistung Anwendung findet.The invention relates to a controllable heat conduction system, in particular for cooling electronic assemblies, which primarily in devices with low power dissipation finds.

Bekannte Einrichtungen zur geregelten Kühlung von Geräten basieren auf dem Prinzip des Austausches von Wärme mit einem Kühlmedium. Wenn ein ausreichend kaltes Kühlmedium nicht zur Verfügung steht, werden über Wärmepumpen oder Kältemaschinen die Temperaturniveaus angepaßt. Die Temperaturregelung wird über Steuerung der Kälteleistung bzw. durch Einbringung einer zusätzlichen geregelten Heizleistung durchgeführt.Known devices for the controlled cooling of devices are based on the principle of exchanging heat with one Cooling medium. If a sufficiently cold cooling medium is not available Is available through heat pumps or chillers adjusted the temperature levels. The temperature control will by controlling the cooling capacity or by introducing a additional regulated heating output.

Für die Regelung und Kühlung von Geräten mit kleiner Verlustleistung stehen Peltierelemente zur Verfügung, die in Abhängigkeit der Strompolarität sowohl heizen als auch kühlen können. Sie haben keine weitere Verwendung gefunden, da ihr Wirkungsgrad sehr schlecht ist.For the control and cooling of devices with small Power loss are available Peltier elements, which in Both heating and cooling depending on the current polarity can. You have found no further use since you Efficiency is very poor.

Spezifische Probleme bestehen bei der Kühlung und Temperaturregelung von Raumflugkörpern, da kein Medium zur Verfügung steht, an welches die Wärme über Konvektion abgeführt werden kann. Sämtliche Wärmeabfuhr muß durch Wärmeleitung, beispielsweise mittels Heat Pipes und Strahlungskopplung gegen den kalten Raumhintergrund realisiert werden, wobei solche Anordnungen starre Wärmeleitsysteme mit einem ungeregelten Wärmeübergang zur Wärmesenke darstellen. Die Oberflächen der Satelliten werden in der Art angeordnet und beschichtet, daß auch im ungünstigsten Fall die zulässige Höchsttemperatur nicht überschritten wird. Eine unzulässige Auskühlung von Satelliten kann nur durch Einschalten einer zusätzlichen Heizleistung vermieden werden. Verfahren, die Strahlungseigenschaften von Satelliten durch entsprechende Blenden oder durch Veränderung der Oberflächeneigenschaften zu beeinflussen, um die Innentemperatur zu regeln, haben durch den relativ hohen erforderlichen elektromechanischen Aufwand keine weitere Verbreitung gefunden.There are specific problems with cooling and Temperature control of spacecraft as no medium for Is available to which the heat via convection can be dissipated. All heat dissipation must Heat conduction, for example using heat pipes and Radiation coupling realized against the cold background of the room be, such arrangements with rigid heat conduction systems represent an uncontrolled heat transfer to the heat sink. The surfaces of the satellites are arranged in this way  and coated that even in the worst case the permissible Maximum temperature is not exceeded. An impermissible Cooling of satellites can only be done by turning on a additional heating power can be avoided. Procedures that Radiation properties of satellites through appropriate Dazzle or by changing the surface properties to regulate the indoor temperature, have by the relatively high required electromechanical effort no further distribution found.

Diese bekannten Maßnahmen weisen die dargelegten Nachteile auf. Insbesondere bei einem erforderlichen geregelten Ausgleich kleiner Verlustleistungen ist der technische Aufwand dabei zu hoch.These known measures have the disadvantages described on. Especially when a regulated is required Compensation for small power losses is the technical effort too high.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmeleitsystem zu schaffen, das unter den geschilderten Bedingungen in einem Temperaturregelkreis einsatzbar ist.The invention has for its object a heat conduction system to create that under the conditions described in one Temperature control loop can be used.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das steuerbare Wärmeleitsystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Mit dem Wärmeleitsystem läßt sich in einem Regelkreis in Abhängigkeit von der Abweichung von einer Solltemperatur eine geregelte Wärmeabfuhr erzielen. Dabei ist diese Einrichtung verschleiß- und somit wartungsarm oder wartungsfrei, und der materielle Aufwand kann gering gehalten werden.This task is solved by the controllable heat conduction system with the features of claim 1. Advantageous Further developments are specified in the subclaims. With the Thermal control system can be dependent on a control loop from the deviation from a target temperature a regulated one Achieve heat dissipation. This device is wear- and therefore low-maintenance or maintenance-free, and the material Effort can be kept to a minimum.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt.In the drawing is a preferred embodiment shown.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht und Fig. 1 shows a view and

Fig. 2 einen Schnitt A-A nach Fig. 1. Fig. 2 shows a section AA of FIG. 1.

In ein zweiseitig offenes Gehäuse 1 ist von jeder Seite jeweils ein Wärmeleiter 2, 3 eingeführt, wobei sich diese Wärmeleiter 2, 3 innerhalb der Gehäuseabmessungen gegenseitig überragen. Dabei dienen Verbindungsstege zwischen den Gehäuseseitenwänden dem unteren Wärmeleiter 3 als beabstandete Stützlager 4, 5.A heat conductor 2 , 3 is inserted from each side into a housing 1 that is open on both sides, these heat conductors 2 , 3 projecting from one another within the housing dimensions. In this case, connecting webs between the housing side walls serve the lower heat conductor 3 as spaced support bearings 4 , 5 .

In beiden Figuren ist eine ballige Ausgestaltung des ersten Wärmeleiters 2 innerhalb des Gehäuses 1 zum unteren zweiten Wärmeleiter 3 hin erkennbar, wobei diese Wölbung 6 ohne Belastung des ersten Wärmeleiters 2 punktförmig auf dem eben ausgeführten zweiten Wärmeleiter 3 ruht.In both figures, a spherical configuration of the first heat conductor 2 can be seen inside the housing 1 towards the lower second heat conductor 3 , this curvature 6 resting point-by-point on the second heat conductor 3 just executed without loading the first heat conductor 2 .

Zentrisch zur Wölbung 6 steht der erste Wärmeleiter 2 auf seiner Rückseite mit einem Piezokristallstapel 7 in Kontakt, der sich wiederum am Gehäuse 1 abstützt. Dieser Piezokristallstapel 7 dehnt sich durch elektrische Ansteuerung in Abhängigkeit der Temperatur aus, so daß aus dem ursprünglich punktförmigen Kontakt ein mehr oder weniger großer Flächenkontakt zwischen den Wärmeleitern 2, 3 entsteht, wodurch eine mehr oder weniger große Wärmemenge über diese Kontaktstelle fließen kann und abgeführt wird.Centrally to the curvature 6 , the first heat conductor 2 is in contact on its rear side with a piezocrystal stack 7 , which in turn is supported on the housing 1 . This piezo crystal stack 7 expands by electrical control depending on the temperature, so that a more or less large surface contact between the heat conductors 2 , 3 arises from the originally punctiform contact, as a result of which a more or less large amount of heat can flow through this contact point and be dissipated .

Das nur zweiseitig offene Gehäuse 1 vermittelt der gesamten Einrichtung die Steifigkeit, die für eine exakte Funktion erforderlich ist. Da sich Piezoelemente nur in geringem Maße ausdehnen ist es vorteilhaft, neben der vom Gehäuse 1 garantierten Steifigkeit Vorkehrungen zu treffen, die ein vorhandenes Montagespiel der Einzelelemente zueinander zwangsläufig ausgleichen. Hierfür sind flache Keile 8 zwischen dem Piezokristallstapel 7 und dem Gehäuse 1 vorgesehen, die nur mit schwacher Kraft vorgespannt aber gleichzeitig in der Wirkrichtung der Piezokristallstapels 7 selbsthemmend sind.The housing 1 , which is only open on two sides, conveys to the entire device the rigidity that is required for an exact function. Since piezo elements only expand to a small extent, it is advantageous to take precautions in addition to the rigidity guaranteed by the housing 1 , which inevitably compensate for an existing assembly play of the individual elements with respect to one another. For this purpose, flat wedges 8 are provided between the piezocrystal stack 7 and the housing 1 , which are prestressed only with weak force but at the same time are self-locking in the effective direction of the piezocrystal stack 7 .

Claims (7)

1. Steuerbares Wärmeleitsystem, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • - es sind zwei Wärmeleiter (2, 3) vorgesehen, die miteinander in variablem, flächigem, wärmeleitendem Kontakt stehen, indem eine Kontaktfläche eine Wölbung (6) aufweist und die andere eine Gestalt hat, die von der Negativform dieser Wölbung abweicht,
  • - wenigstens einer (3) der Wärmeleiter ist durch Kräfte elastisch so verformbar, daß sich die Gestalt eines mehr oder weniger großen Teils seiner Kontaktfläche der Negativform der anderen Kontaktfläche angleicht,
  • - zur Steuerung der Verformung ist wenigstens ein Element (7) vorgesehen, das an einer Aufnahme gelagert und selbst durch eine steuernde elektrische Größe verformbar ist.
1. Controllable heat conduction system, characterized by the following features:
  • two heat conductors ( 2 , 3 ) are provided which are in variable, flat, heat-conducting contact with one another, in that one contact surface has a curvature ( 6 ) and the other has a shape which deviates from the negative shape of this curvature,
  • at least one (3) of the heat conductors can be deformed elastically by forces such that the shape of a more or less large part of its contact surface conforms to the negative shape of the other contact surface,
  • - To control the deformation at least one element ( 7 ) is provided, which is mounted on a receptacle and can be deformed even by a controlling electrical variable.
2. Wärmeleitsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des ersten Wärmeleiters (2) mit dem Anfang des zweiten Wärmeleiters (3) in einem variablen, flächigen, wärmeleitenden Kontakt steht, indem das Anfangsteilstück des zweiten Wärmeleiters (3) auf zwei voneinander beabstandeten Stützlagern (4, 5) ruht, dabei das Ende des ersten Wärmeleiters (2) zum zweiten Wärmeleiter (3) hin als Wölbung (6) ausgeführt ist und entweder die der Wölbung (6) abgewandte Fläche des Endes des ersten Wärmeleiters (2) oder die Stützlager (4, 5) im direkten oder indirekten Kontakt mit wenigstens einem Piezokristall (7) stehen, dessen anderes Ende an dem als Aufnahme dienenden Gehäuse (1) abgestützt ist. 2. Heat conduction system according to claim 1, characterized in that the end of the first heat conductor ( 2 ) with the beginning of the second heat conductor ( 3 ) is in a variable, flat, thermally conductive contact by the initial section of the second heat conductor ( 3 ) on two of them spaced support bearings ( 4 , 5 ) rests, the end of the first heat conductor ( 2 ) to the second heat conductor ( 3 ) being designed as a curvature ( 6 ) and either the surface of the end of the first heat conductor ( 2 ) facing away from the curvature ( 6 ) or the support bearings ( 4 , 5 ) are in direct or indirect contact with at least one piezo crystal ( 7 ), the other end of which is supported on the housing ( 1 ) serving as a receptacle. 3. Wärmeleitsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützlager (4, 5) am Boden des Gehäuses vorgesehen sind und die der Wölbung (6) abgewandte Fläche des Endes des ersten Wärmeleiters (2) im direkten Kontakt mit dem Piezokristall (7) steht.3. Heat conduction system according to claim 2, characterized in that the support bearings ( 4 , 5 ) are provided on the bottom of the housing and the surface of the end of the first heat conductor ( 2 ) facing away from the curvature ( 6 ) in direct contact with the piezo crystal ( 7 ) stands. 4. Wärmeleitsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Piezokristalls (7) schwach vorgespannte, flache Keile (8) vorgesehen sind.4. Heat conduction system according to claim 2 or 3, characterized in that weakly biased, flat wedges ( 8 ) are provided at one end of the piezo crystal ( 7 ). 5. Steuerbares Wärmeleitsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleiter (2, 3) aus Kupfer oder Aluminium bestehen.5. Controllable heat conduction system according to one of the preceding claims, characterized in that the heat conductors ( 2 , 3 ) consist of copper or aluminum. 6. Wärmeleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Wärmeleiter (2, 3) als Wärmeröhre ausgebildet ist.6. Heat conduction system according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one heat conductor ( 2 , 3 ) is designed as a heat pipe. 7. Wärmeleitsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem elektrischen Temperaturregelkreis angeordnet ist.7. Thermal control system according to one of the preceding claims, characterized in that it is in an electrical Temperature control loop is arranged.
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