DE4126227C2

DE4126227C2 - Controllable heat conduction system

Info

Publication number: DE4126227C2
Application number: DE19914126227
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Hildebrand
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1991-08-08
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2011-08-09
Also published as: DE4126227A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein steuerbares Wärmeleitsystem, welches zwei Wärmeleiter aufweist, die miteinander in variablem, flächigem, wärmeleitendem Kontakt stehen, wobei die Kontaktfläche eines Wärmeleiters eine Wölbung aufweist und die Kontaktfläche des anderen Wärmeleiters eine Form hat, die von der Negativform der Wölbung abweicht, und wenigstens einer der Wärmeleiter elastisch so verformbar ist, daß sich die Form eines Teils seiner Kontaktfläche der Form der Kontaktfläche des anderen Wärmeleiters angleichen kann. Ein solches Wärmeleitsystem dient insbesondere zur Kühlung elektronischer Baugruppen, vorrangig in Geräten mit kleiner Verlustleistung.The present invention relates to a controllable Thermal conduction system, which has two heat conductors, the with each other in variable, flat, heat-conducting contact stand, the contact surface of a heat conductor a Has curvature and the contact area of the other Has a shape that differs from the negative shape of the Curvature deviates, and at least one of the heat conductors is elastically deformable so that the shape of a Part of its contact area has the shape of the Can match the contact area of the other heat conductor. A such a heat conduction system is used in particular for cooling electronic assemblies, primarily in devices with small Power dissipation.

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 zusätzlich geregelten Heizleistung durchgeführt.Known devices for 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 additionally regulated heating output carried out.

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 that 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 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 must be removed Heat conduction, for example using heat pipes and Radiation coupling realized against the cold room background 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 Or by changing the surface properties to regulate the internal temperature, have by the relatively high required electromechanical effort no further distribution found.

Ein einleitend dargelegtes Wärmeleitsystem ist aus der US-PS 32 25 820 bekannt. Hier ist ein Wärmeleiter (Wärmesenke) wärmeleitend mit einem Bimetallelement verbunden. Das Bimetallelement verformt sich in Abhängigkeit von der Temperatur und lehnt sich je nach Verformung in einer mehr oder weniger großen Fläche an einen zweiten Wärmeleiter (Wärmequelle) an. Der Wärmeübergang zwischen beiden Wärmeleitern erfolgt über das zwischen ihnen angeordnete Bimetallelement. Dadurch, daß der Wärmeübergang zwischen den Wärmeleitern mittelbar über das Bimetallelement erfolgt, ist nur ein begrenzt kleiner Wärmeübergangswiderstand zwischen den Wärmeleitern realisierbar. An introductory heat conduction system is from US-PS 32 25 820 known. Here is a heat conductor (heat sink) thermally connected to a bimetallic element. The Bimetal element deforms depending on the Temperature and leans depending on the deformation in one more or less large area to a second heat conductor (Heat source). The heat transfer between the two Heat conduction takes place via the one arranged between them Bimetal element. The fact that the heat transfer between the Thermal conductors are carried out indirectly via the bimetallic element only a limited small heat transfer resistance between the Heat conductors can be implemented.

Bei einer aus der DE 38 20 736 A1 bekannten Anordnung zur Temperaturstabilisierung ist die Kontaktfläche zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke nicht variabel. Entweder stehen beide mit einer vorgegebenen Fläche vollständig in Kontakt oder es gibt gar keinen Kontakt.In an arrangement known from DE 38 20 736 A1 Temperature stabilization is the contact area between one Heat source and a heat sink are not variable. Either are both completely in with a given area Contact or there is no contact at all.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein steuerbares Wärmeleitsystem der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem der Wärmeübergangswiderstand zwischen zwei Wärmeleitern mit einfachen Mitteln flexibel von einem möglichst kleinen Wert bis zu einem sehr großen Wert einstellbar ist.The invention has for its object a controllable Specify heat conduction system of the type mentioned, in which the heat transfer resistance between two heat conductors simple means flexible from the smallest possible value is adjustable up to a very large value.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das steuerbare Wärmeleitsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This task is solved by the controllable heat conduction system with the features of claim 1. Advantageous Further developments are specified in the subclaims.

Mit dem Wärmeleitsystem der Erfindung 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.With the heat conduction system of the invention can be in one Control loop depending on the deviation from one Set temperature to achieve regulated heat dissipation. It is this device wear and thus low maintenance or maintenance-free, and the material expenditure can be kept low become.

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 protruding 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-wise 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 as a function of 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 via 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 des 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, in addition to the rigidity guaranteed by the housing 1 , it is advantageous to take measures 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

1. Controllable heat conduction system, which has two heat conductors ( 2 , 3 ) which are in variable, flat, heat-conducting contact with one another, the contact surface of a heat conductor ( 2 ) having a curvature ( 6 ) and the contact surface of the other heat conductor ( 3 ) one Has a shape that deviates from the negative shape of the curvature ( 6 ), and at least one ( 3 ) of the heat conductors ( 2 , 3 ) is elastically deformable in such a way that the shape of part of its contact surface matches the shape of the contact surface of the other heat conductor ( 2 ) can adjust, characterized in that with at least one of the two heat conductors ( 2 , 3 ), an element ( 7 ), the expansion of which can be changed by a controlling electrical variable, is connected in a force-fitting manner such that the element ( 7 ) increases the heat conductors with increasing expansion ( 2 ); on which it acts, presses against the other heat conductor ( 3 ) and this leads to an adjustment of the contact surfaces of the two heat conductors ( 2 , 3 ) depending on the size of the pressing force.

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. 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. 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. Controllable heat conduction system according to one of claims 1-4, characterized in that the heat conductors ( 2 , 3 ) consist of copper or aluminum.

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. Thermal control system according to one of claims 1-6, characterized in that it is in an electrical Temperature control loop is arranged.