WO2016155933A1 - Kühlrippenstruktur für eine einbaulagenunabhängige kühlung eines gehäuses - Google Patents

Kühlrippenstruktur für eine einbaulagenunabhängige kühlung eines gehäuses Download PDF

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WO2016155933A1
WO2016155933A1 PCT/EP2016/052989 EP2016052989W WO2016155933A1 WO 2016155933 A1 WO2016155933 A1 WO 2016155933A1 EP 2016052989 W EP2016052989 W EP 2016052989W WO 2016155933 A1 WO2016155933 A1 WO 2016155933A1
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cooling
cooled
fin structures
structures
cooling device
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PCT/EP2016/052989
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French (fr)
Inventor
Sebastian Hansen
Thomas Heid
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Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/048—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of ribs integral with the element or local variations in thickness of the element, e.g. grooves, microchannels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/08—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20409—Outer radiating structures on heat dissipating housings, e.g. fins integrated with the housing

Definitions

  • the invention relates to cooling devices, in particular passive cooling devices, which are formed on a surface with rib structures.
  • the present invention relates to the arrangement of cooling fin structures on surfaces to be cooled.
  • outer surfaces of housings for electronic assemblies are provided with cooling fins to reduce the thermal resistance between the surface to be cooled and the environment by increasing the area with the surrounding air.
  • the cooling fins can also lead to turbulences when flowing with an air flow, whereby the heat dissipation is further improved.
  • Usually to be cooled surfaces are provided with parallel web-like cooling fins, since they are easy to manufacture.
  • parallel cooling fins have the disadvantage that a cooling effect depends significantly on the position of the cooling surface with respect to a gravity vector. Since passive cooling devices are mainly cooled by convection of the heated air, an airflow can form well between the cooling fins if the cooling fins run parallel to the gravity vector and thus ensure heat dissipation. If the cooling fins run perpendicular to the gravity vector, the air flow runs over the cooling fins, and substantially no air flow between the cooling fins occurs. movement, so that the surface enlarging effect of the cooling fins remains almost ineffective.
  • Housing components with an applied cooling device are often manufactured in one piece as a cast component.
  • a housing component with an outer surface provided with parallel cooling ribs can lead to an increased correction effort in the casting tool, since the cooling ribs stiffen in their longitudinal direction, the component remains transversely unstable and can distort on cooling.
  • a cooling device for cooling a housing comprising:
  • One idea of the above cooling device is to arrange cooling rib structures in a star shape on a surface to be cooled, so that an air flow between adjacent cooling rib structures can always be formed when the surface to be cooled is arranged parallel to the gravity vector. As a result, an improved heat dissipation is independent of a parallel to the gravity vector mounting position possible.
  • the arrangement Forming of the fin structures form a chimney effect, which causes an air flow between the fin structures to the center of the cooling device and above the middle of a chimney effect caused by the convection of the collected heated air.
  • a cooling device with the almost installation position independent improved cooling effect can be achieved.
  • the star-shaped cooling fin structures can not be directly connected and in particular have a predetermined minimum distance of in particular more than 2 mm, preferably more than 3 mm, to each other. Due to the minimum distance between the cooling rib structures, it is achieved that an air flow can always form between the cooling rib structures, which is not obstructed by the wall friction losses or wall flow losses due to narrow ducting. In particular, by maintaining the minimum distance between the cooling rib structures, it is ensured that an air flow can form between the cooling rib structures. If the distance is too small, wall flow losses usually cause no air flow to form.
  • first fin structures which form part of the star-shaped cooling rib structures, are guided in a center region surrounding the center region up to the edge of the center region. Due to the minimum distance between the cooling fin structures ensures that in a central region, in which the cooling rib structures converge, no or only a part of the cooling fin structures are guided in and the other fin structures accordingly end outside the central region.
  • the center region can correspond to a region which is defined by the mutually facing ends of the first fin structures, wherein the mutually facing ends of the first fin structures have a distance corresponding to a predetermined minimum distance of the fin structures.
  • the ends of the first fin structures may be connected to a particular annular connecting element arranged in the center region.
  • the connecting element can serve to stiffen the surface to be cooled.
  • the surface to be cooled may be polygonal with the outer ends of a portion of the first fin structures extending to the corners of the surface to be cooled.
  • the fin structures may have a height that is about 1 to 10 times their average width. As a result, ratios of the dimensions of the cooling rib structures are defined, which lead to a particularly effective guidance of the air flow along the cooling rib structures.
  • cooling rib structures have a rectangular or tapering towards or away from the surface to be cooled.
  • a housing or housing part may be provided with an outside which is a surface to be cooled and with the above cooling device.
  • Figure 1 is a plan view of a cooling device with a surface to be cooled as an outer side of a housing.
  • FIG. 2 is a perspective view of the cooling device of Figure 1;
  • 3a and 3b show a comparison of a flow pattern for air flow over a cooling device with straight, parallel arranged cooling rib structures and a cooling device with star-shaped cooling fin structures.
  • Figure 1 shows a plan view of a cooling device 1 with a particular flat surface to be cooled 2, which may be formed for example as an outer side of a housing 3 or housing element.
  • the housing 3 can for example serve to receive an electronic assembly and be made of a good thermal conductivity material, in particular of a metal such as aluminum.
  • the housing part, on which the surface 2 to be cooled is located, may be coupled to the electronic assembly (not shown) so that the heat developing in the electronic assembly is transmitted to the housing part with a low thermal resistance.
  • the surface 2 to be cooled is provided with cooling fin structures 4, which project substantially web-like from the surface 2 to be cooled and extend in a straight line.
  • the fin structures 4 increase the interface between the cooling device and the environment, thereby reducing thermal resistance.
  • the cooling fin structures 4 can protrude perpendicularly from the surface 2 to be cooled and have a rectangular cross section tapering towards or away from the surface to be cooled.
  • the cooling rib structures 4 are arranged along star-shaped half-lines L on the surface 2 to be cooled.
  • the star-shaped half lines L can be arranged with uniform angles or with variable angles to each other.
  • the height H of the cooling fins be 1 to 10 times, in particular 2 to 5 times, their width B.
  • the heights of the cooling fins along their courses can also vary within the above size ranges.
  • the cooling device with the surface 2 to be cooled and the fin structures 4 disposed thereon may be made integral with the housing 3 or the housing part, in particular as a casting of a metal, such as a metal shell. Aluminum or the like.
  • the star-shaped arrangement of the cooling fin structures 4 allows improved rigidity of the housing, so that the molded housing part is dimensionally stable.
  • cooling rib structures 4 approach each other towards a center region M, and adjacent cooling rib structures 4 would approach the minimum distance which is necessary for the achievement of an air flow between the cooling fins is necessary, fall below. It is therefore provided for the middle region M that no or only part of the cooling fin structures 4 extends therein.
  • first cooling rib structures 4a extend into the center region M, while three second cooling rib structures 4b are arranged between them in each case along the star-shaped half-lines L which already terminate outside the center region M.
  • the first fin structures 4a which extend into the central region, may terminate outside of a center region Z in which the star-shaped lines L meet and which may be arranged approximately centrally in the center region M, and thus not be directly connected to one another.
  • a connecting element 5 can be arranged in the center region Z, which is arranged in an annular manner, for example, and connect the ends of the first cooling rib structures 4a located in the middle region M to one another.
  • the connecting element 5 has an annular web whose height HS is 1 to 10 times, in particular 2 to 5 times its width BS.
  • the connecting element 5 does not impair the air flow between the first cooling rib structures 4 a extending into the middle region M.
  • a minimum distance of the cooling rib structures 4 of 2 mm should not be undershot.
  • a distance D between the cooling rib structures 4 of 3 mm can reliably ensure an air flow between the cooling rib structures 4.
  • the shape and orientation of the first fin structures 4a extending into the center region may be provided depending on the shape of the surface 2 to be cooled.
  • the first cooling rib structures 4a it is expedient for the first cooling rib structures 4a to extend from a corner of the surface 2 to be cooled or a corner of the housing 3 into the center region M, in particular in the center area Z, extend. This ensures optimal rigidity.
  • the surface 2 to be cooled can be rounded at the edges. It is advantageous to also track the protruding edges of the cooling fin structures of the contour of the surface to be cooled and in particular to keep the height of the cooling fin structures 4 constant over the surface to be cooled.
  • FIGS. 3a and 3b in comparison with a surface to be cooled, which is provided with rectilinearly parallel cooling rib structures 4, different convection flows are formed in the case of star-shaped cooling rib structures 4 which are arranged on a surface arranged to be cooled transversely to the gravity vector , While in the first In the case of the star-shaped arrangement (FIG. 3b), a chimney effect is created, which involves an air flow parallel to the cooling surface outside the middle region and in the middle region to a strong vertical flow Direction opposite to the gravity vector is formed. Thereby, the flow velocity in the spaces between the fin structures 4 is increased and an improved cooling effect is achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Gehäuses, umfassend: - eine zu kühlende Fläche (2); - mehrere sternförmig auf der Fläche (2) angeordnete längliche stegartig hervorstehende Kühlrippenstrukturen (4, 4a, 4b), die zu einem Zentrumsbereich (Z) der zu kühlenden Fläche (2) ausgerichtet sind.

Description

Beschreibung Titel
KÜHLRIPPENSTRUKTUR FÜR EINE EINBAULAGENUNABHÄNGIGE KÜHLUNG EINES GEHÄUSES
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft Kühlvorrichtungen, insbesondere passive Kühlvorrichtungen, die auf einer Fläche mit Rippenstrukturen ausgebildet sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Anordnung von Kühlrippenstrukturen auf zu kühlende Flächen.
Zur Abführung von Verlustwärme werden beispielsweise Außenflächen von Gehäusen für elektronische Baugruppen mit Kühlrippen versehen, um durch eine Vergrößerung der Fläche mit der umgebenden Luft den thermischen Widerstand zwischen der zu kühlenden Fläche und der Umgebung zu reduzieren. Auch können die Kühlrippen bei einer Anströmung mit einem Luftstrom zu Verwirbelungen führen, wodurch die Wärmeabführung weiterhin verbessert wird. Üblicherweise werden zu kühlende Flächen mit parallel verlaufenden stegartigen Kühlrippen versehen, da diese einfach herzustellen sind.
Parallel verlaufende Kühlrippen haben jedoch den Nachteil, dass eine Kühlwirkung erheblich von der Lage der Kühlfläche bezüglich eines Schwerkraftsvektors abhängt. Da bei passiven Kühlvorrichtungen die Kühlung maßgeblich durch Kon- vektion der erwärmten Luft stattfindet, kann sich eine Luftströmung gut zwischen den Kühlrippen ausbilden, wenn die Kühlrippen parallel zum Schwerkraftvektor verlaufen und dadurch eine Wärmeabführung gewährleisten. Verlaufen die Kühlrippen senkrecht zum Schwerkraftvektor, verläuft die Luftströmung über die Kühlrippen hinweg, und zwischen den Kühlrippen findet im Wesentlichen keine Luft- bewegung statt, so dass der Oberflächen vergrößernde Effekt der Kühlrippen nahezu wirkungslos bleibt.
Gehäusebauteile mit einer aufgebrachten Kühlvorrichtung werden häufig einstückig als Gussbauteil gefertigt. Jedoch kann ein solches Gehäusebauteil mit einer mit parallel verlaufenden Kühlrippen versehenen Außenfläche zu einem erhöhten Korrekturaufwand im Gusswerkzeug führen, da die Kühlrippen in ihrer Längsrichtung versteifen, das Bauteil quer dazu labil bleibt und sich beim Erkalten verziehen kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Gehäuse mit einer solchen Kühlvorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Gehäuses vorgesehen, umfassend:
eine zu kühlende Fläche;
mehrere sternförmig auf der zu kühlenden Fläche angeordnete längliche stegartig hervorstehende Kühlrippenstrukturen, die zu einem Zentrumsbereich der zu kühlenden Fläche ausgerichtet sind.
Eine Idee der obigen Kühlvorrichtung besteht darin, Kühlrippenstrukturen sternförmig auf einer zu kühlenden Fläche anzuordnen, so dass bei einer parallel zum Schwerkraftsvektor angeordneten zu kühlenden Fläche sich stets eine Luftströmung zwischen benachbarten Kühlrippenstrukturen ausbilden kann. Dadurch ist eine verbesserte Wärmeabführung unabhängig von einer parallel zum Schwerkraftsvektor verlaufenden Einbaulage möglich.
Verläuft die zu kühlende Fläche senkrecht zum Schwerkraftsvektor, insbesondere mit nach oben weisenden Kühlrippenstrukturen, so kann sich durch die Anord- nung der Kühlrippenstrukturen ein Kamineffekt ausbilden, der eine Luftströmung zwischen den Kühlrippenstrukturen hindurch zur Mitte der Kühlvorrichtung bewirkt und über der Mitte ein Kamineffekt aufgrund der Konvektion der gesammelten erwärmten Luft entsteht. Somit ist es möglich, eine Kühlvorrichtung zu schaffen, mit der nahezu einbaulagenunabhängig eine verbesserte Kühlwirkung erreicht werden kann.
Weiterhin ermöglicht die sternförmige Anordnung der Kühlrippenstrukturen bei einer einstückigen Ausbildung auf der zu kühlenden Fläche eine Versteifung der Oberflächenstruktur in beiden Flächenrichtungen.
Insgesamt kann durch die obige Kühlvorrichtung eine effiziente Kühlwirkung unabhängig von der Ausrichtung des Bauteils bezüglich des Schwerkraftsvektors unter Berücksichtigung einer maximalen Verwindungssteifigkeit erreicht werden.
Weiterhin können die sternförmig angeordneten Kühlrippenstrukturen nicht direkt verbunden sein und insbesondere einen vorgegebenen Mindestabstand von insbesondere mehr als 2 mm, bevorzugt mehr als 3mm, zueinander aufweisen. Durch den Mindestabstand zwischen den Kühlrippenstrukturen wird erreicht, dass sich zwischen den Kühlrippenstrukturen stets eine Luftströmung ausbilden kann, die nicht durch die Wandreibverluste bzw. Wandströmungsverluste durch enge Kanalführung behindert wird. Insbesondere wird durch Einhalten des Min- destabstands zwischen den Kühlrippenstrukturen gewährleistet, dass sich eine Luftströmung zwischen den Kühlrippenstrukturen ausbilden kann. Bei einem zu geringen Abstand führen Wandströmungsverluste in der Regel dazu, dass sich keine Luftströmung ausbildet.
Insbesondere kann ein Maximalabstand der Kühlrippenstrukturen auf der zu kühlenden Fläche vorgesehen sein, der insbesondere der Summe einer Breite der Kühlrippenstrukturen und des vorgegebenen Mindestabstands entspricht.
Es kann vorgesehen sein, dass erste Kühlrippenstrukturen, die einen Teil der sternförmig angeordneten Kühlrippenstrukturen darstellen, in einen den Zentrumsbereich umgebenden Mittenbereich bis zum Rand des Zentrumsbereichs geführt sind. Durch den Mindestabstand zwischen den Kühlrippenstrukturen wird erreicht, dass in einem Mittenbereich, in dem die Kühlrippenstrukturen zusammenlaufen, keine oder nur ein Teil der Kühlrippenstrukturen hineingeführt sind und die übrigen Kühlrippenstrukturen entsprechend außerhalb des Mittenbereichs enden.
Weiterhin kann der Zentrumsbereich einem Bereich entsprechen, der durch die aufeinander zu weisenden Enden der ersten Kühlrippenstrukturen definiert ist, wobei die aufeinander zu weisenden Enden der ersten Kühlrippenstrukturen einen Abstand aufweisen, der einem vorgegebenen Mindestabstand der Kühlrippenstrukturen entspricht.
Die Enden der ersten Kühlrippenstrukturen können mit einem im Zentrumsbereich angeordneten insbesondere ringförmigen Verbindungselement verbunden sein. Das Verbindungselement kann zur Versteifung der zu kühlenden Fläche dienen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die zu kühlende Fläche polygonal sein, wobei die äußeren Enden eines Teils der ersten Kühlrippenstrukturen zu den Ecken der zu kühlende Fläche verlaufen. Durch die Anordnung der ersten Kühlrippenstrukturen von den Ecken der zu kühlenden Fläche bis zum Zentrumsbereich kann eine besonders hohe Steifigkeit des Bauteils erreicht werden, auf dem die zu kühlende Fläche sich befindet.
Die Kühlrippenstrukturen können eine Höhe aufweisen, die etwa das 1 bis 10- fache ihrer durchschnittlichen Breite entspricht. Dadurch werden Verhältnisse der Abmessungen der Kühlrippenstrukturen definiert, die zu einer besonders effektiven Führung der Luftströmung entlang der Kühlrippenstrukturen führen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Kühlrippenstrukturen einen rechteckigen oder sich hin zur oder weg von der zu kühlenden Fläche verjüngenden Querschnitt aufweisen.
Gemäß eines weiteren Aspekts kann ein Gehäuse oder Gehäuseteil mit einer Außenseite, die eine zu kühlende Fläche darstellt, und mit der obigen Kühlvorrichtung vorgesehen sein. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf eine Kühlvorrichtung mit einer zu kühlenden Fläche als eine Außenseite eines Gehäuses;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht auf die Kühlvorrichtung der Figur 1 ; und
Figur 3a und 3b einen Vergleich eines Strömungsbildes für Luftströmung über einer Kühlvorrichtung mit geraden, parallel angeordneten Kühlrippenstrukturen und einer Kühlvorrichtung mit sternförmig angeordneten Kühlrippenstrukturen.
Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Kühlvorrichtung 1 mit einer insbesondere ebenen zu kühlenden Fläche 2, die beispielsweise als eine Außenseite eines Gehäuses 3 bzw. Gehäuseelementes gebildet sein kann. Das Gehäuse 3 kann beispielsweise zur Aufnahme einer elektronischen Baugruppe dienen und aus einem gut wärmeleitfähigen Material, insbesondere aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, ausgebildet sein.
Das Gehäuseteil, auf dem sich die zu kühlende Fläche 2 befindet, kann mit der elektronischen Baugruppe (nicht gezeigt) so gekoppelt sein, dass die sich in der elektronischen Baugruppe entwickelnde Wärme mit einem geringen thermischen Widerstand an das Gehäuseteil übertragen wird. Über die Kühlvorrichtung wird dann die in der Baugruppe entstehende Wärme abgeführt. Die zu kühlende Fläche 2 ist mit Kühlrippenstrukturen 4 versehen, die im Wesentlichen stegartig von der zu kühlenden Fläche 2 hervorstehen und geradlinig verlaufen. Grundsätzlich vergrößern die Kühlrippenstrukturen 4 die Grenzfläche zwischen der Kühlvorrichtung und der Umgebung und reduzieren dadurch den thermischen Widerstand. Insbesondere können die Kühlrippenstrukturen 4 senkrecht von der zu kühlenden Fläche 2 abstehen und einen rechteckigen sich zur zu kühlenden Fläche hin oder weg davon verjüngenden Querschnitt haben. Die Kühlrippenstrukturen 4 sind entlang sternförmig verlaufender Halbgeraden L auf der zu kühlenden Fläche 2 angeordnet. Die sternförmig angeordneten Halbgeraden L können mit gleichmäßigen Winkeln oder mit variablen Winkeln zueinander angeordnet sein. Um eine optimale Führung der Luftströmung zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, dass die Höhe H der Kühlrippen das 1 - bis 10-fache, insbesondere das 2- bis 5-fache ihrer Breite B beträgt. Insbesondere können die Höhen der Kühlrippen entlang ihrer Verläufe auch innerhalb der obigen Größenbereiche variieren.
Die Kühlvorrichtung mit der zu kühlenden Fläche 2 und den darauf angeordneten Kühlrippenstrukturen 4 können einstückig mit dem Gehäuse 3 oder dem Gehäuseteil gefertigt sein, insbesondere als ein Gussteil aus einem Metall, wie z.B. Aluminium oder dergleichen. Die sternförmige Anordnung der Kühlrippenstrukturen 4 ermöglicht eine verbesserte Steifigkeit des Gehäuses, so dass das gegossene Gehäuseteil formstabil ist.
Es wurde festgestellt, dass sich zwischen den Kühlrippenstrukturen 4 keine Luftströmung ausbilden kann, wenn der Abstand zwischen den benachbarten Kühlrippenstrukturen 4 zu gering ist. Dadurch entfällt bei zu geringem Abstand der Kühlrippenstrukturen 4 die durch diese erreichte Vergrößerung der Grenzfläche in diesem Bereich. Stattdessen verläuft eine entsprechende Luftströmung über die Kühlrippenstrukturen 4 hinweg. Die geringe oder nicht vorhandene Luftkon- vektion zwischen den zu gering beabstandeten Kühlrippenstrukturen 4 bewirkt eine deutliche Reduzierung der Wärmeabfuhr.
Insbesondere bei einer sternförmigen Anordnung der Kühlrippenstrukturen 4 nähern sich die Kühlrippenstrukturen 4 hin zu einem Mittenbereich M einander an und benachbarte Kühlrippenstrukturen 4 würden den Mindestabstand, der für das Erreichen einer Luftströmung zwischen den Kühlrippen notwendig ist, unterschreiten. Es ist daher für den Mittenbereich M vorgesehen, dass sich darin keine oder nur ein Teil der Kühlrippenstrukturen 4 hinein erstreckt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich lediglich sechs der Kühlrippenstrukturen 4, als erste Kühlrippenstrukturen 4a, in den Mittenbereich M hinein, während zwischen ihnen jeweils drei zweite Kühlrippenstrukturen 4b entlang der sternförmig verlaufenden Halbgeraden L angeordnet sind, die bereits außerhalb des Mittenbereichs M enden. Die ersten Kühlrippenstrukturen 4a, die sich in den Mittenbereich hinein erstrecken, können außerhalb eines Zentrumsbereichs Z, in dem sich die sternförmig verlaufenden Linien L treffen und der etwa mittig in dem Mittenbereich M angeordnet sein kann, enden und dadurch nicht direkt miteinander verbunden sein.
Für eine bessere Stabilität des Gehäuses 3 kann jedoch im Zentrumsbereich Z ein Verbindungselement 5 angeordnet sein, das beispielsweise ringförmig angeordnet ist, und die im Mittenbereich M liegenden Enden der ersten Kühlrippenstrukturen 4a miteinander verbinden. Das Verbindungselement 5 weist einen ringförmigen Steg auf, dessen Höhe HS das 1 - bis 10-fache, insbesondere das 2- bis 5-fache ihrer Breite BS beträgt.
Dadurch wird die Stabilität des gesamten Gehäuses 1 deutlich verbessert. Gleichzeitig beeinträchtigt das Verbindungselement 5 nicht die Luftströmung zwischen den sich in den Mittenbereich M hinein erstreckenden ersten Kühlrippenstrukturen 4a.
Es wurde festgestellt, dass aufgrund der Geschwindigkeitsgrenzschicht von Luft ein Mindestabstand der Kühlrippenstrukturen 4 von 2 mm nicht unterschritten werden sollte. Beispielsweise kann ein Abstand D zwischen den Kühlrippenstrukturen 4 von 3 mm sicher eine Luftströmung zwischen den Kühlrippenstrukturen 4 gewährleisten. Abhängig von der Breite B der Kühlrippenstrukturen 4 und der Anzahl A der sternförmig angeordneten Halbgeraden L ergibt sich ein Radius r des kreisförmigen Mittenbereichs M von r = A * (B + D) / 2ττ, wobei D dem Abstand der Kühlrippenstrukturen 4 entspricht. Insbesondere ergibt sich eine verbesserte Führung der Luftströmung ins Innere des Mittenbereichs, wenn jede dritte, vierte oder jede fünfte Kühlrippenstruktur 4 sich ins Innere des Mittenbereichs erstreckt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass abhängig von den Abmessungen der zu kühlenden Fläche 2 der sich nach außen hin vergrößernde Abstand zwischen zwei benachbarten Kühlrippenstrukturen 4 nicht beliebig groß werden sollte, da dadurch nicht die verbesserte Wärmeabführung aufgrund des verbesserten thermischen Widerstands Rth=1/(a*A) (mit α als Wärmeübergangskoeffizient und A als Oberfläche) erreicht werden kann, die sich beim Vorsehen der Kühlrippenstrukturen 4 durch Erhöhung der Oberfläche ergibt. Daher ist dort vorgesehen, durch Hinzufügen einer weiteren Kühlrippenstruktur 4 den thermischen Widerstand zu reduzieren. Somit kann vorgesehen sein, weitere Kühlrippenstrukturen 4 sternförmig anzuordnen, sobald der Abstand zwischen zwei Kühlrippen 2d + b erreicht bzw. überschreitet.
Insbesondere kann der Verlauf und die Ausrichtung der ersten Kühlrippenstrukturen 4a, die sich in den Mittenbereich hinein erstrecken, abhängig von der Form der zu kühlenden Fläche 2 vorgesehen werden. Insbesondere ist es aus Gründen der Steifigkeit des Gehäuses 3, auf dem sich die zu kühlende Fläche 2 befindet, zweckmäßig, dass die ersten Kühlrippenstrukturen 4a sich von einer Ecke der zu kühlenden Fläche 2 bzw. einer Ecke des Gehäuses 3 in den Mittenbereich M, insbesondere in den Zentrumsbereich Z, erstrecken. Dadurch wird eine optimale Steifigkeit gewährleistet.
Wie man aus Figur 2 erkennen kann, kann die zu kühlende Fläche 2 an den Rändern abgerundet verlaufen. Dabei ist es vorteilhaft, auch die abstehenden Kanten der Kühlrippenstrukturen der Kontur der zu kühlenden Fläche nachzuführen und insbesondere die Höhe der Kühlrippenstrukturen 4 über der zu kühlenden Fläche konstant zu halten.
In den Figuren 3a und 3b erkennt man im Vergleich mit einer zu kühlenden Fläche, die mit geradlinig parallel verlaufenden Kühlrippenstrukturen 4 versehen ist, dass bei sternförmig verlaufenden Kühlrippenstrukturen 4, die auf einer quer zur Schwerkraftsvektor angeordneten zu kühlenden Fläche angeordnet sind, unterschiedliche Konvektionsströmungen ausgebildet werden. Während sich im erste- ren Fall (Figur 3a) eine über die gesamte zu kühlende Fläche erstreckende Kon- vektion ergibt, entsteht bei der sternförmigen Anordnung (Figur 3b) ein Kamineffekt, der eine Luftströmung parallel zur kühlenden Fläche außerhalb des Mittenbereichs und im Mittenbereich zu einer starken vertikalen Strömung in Richtung entgegengesetzt zum Schwerkraftsvektor ausbildet. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit in den Zwischenräumen zwischen den Kühlrippenstrukturen 4 erhöht und eine verbesserte Kühlwirkung erreicht.

Claims

Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Gehäuses, umfassend:
eine zu kühlende Fläche (2);
mehrere sternförmig auf der zu kühlenden Fläche (2) angeordnete längliche stegartig hervorstehende Kühlrippenstrukturen (4, 4a, 4b), die zu einem Zentrumsbereich (Z) der zu kühlenden Fläche (2) ausgerichtet sind.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die sternförmig angeordneten Kühlrippenstrukturen (4, 4a, 4b) nicht direkt miteinander verbunden sind und insbesondere einen vorgegebenen Mindestabstand von insbesondere mehr als 2 mm, bevorzugt mehr als 3 mm, zueinander aufweisen.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die sternförmig angeordneten Kühlrippenstrukturen (4, 4a, 4b) nicht direkt miteinander verbunden sind und insbesondere einen vorgegebenen Mindestabstand zueinander aufweisen, der einem Faktor zwischen 1 bis 5, insbesondere einem Faktor zwischen 2 und 3 ihrer Breite entspricht.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Maximalabstand der Kühlrippenstrukturen (4, 4a, 4b) auf der zu kühlenden Fläche (2) vorgesehen ist, der insbesondere der Summe einer Breite der Kühlrippenstrukturen (4, 4a, 4b) und des vorgegebenen Mindestabstands entspricht.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei erste Kühlrippenstrukturen (4a), die einen Teil der sternförmig angeordneten Kühlrippenstrukturen (4, 4a, 4b) darstellen, in einen den Zentrumsbereich (Z) umgebenden Mittenbereich (M) bis zum Rand des Zentrumsbereichs (Z) geführt sind.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Zentrumsbereich (Z) einem Bereich entspricht, der durch die aufeinander zu weisenden Enden der ersten Kühlrippenstrukturen (4, 4a, 4b) definiert ist, wobei die aufeinander zu weisen- den Enden der ersten Kühlrippenstrukturen (4a) einen Abstand aufweisen, der einem vorgegebenen Mindestabstand der Kühlrippenstrukturen (4, 4a, 4b) entspricht.
7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Enden der ersten Kühlrippenstrukturen (4a) mit einem im Zentrumsbereich (Z) angeordneten insbesondere ringförmigen Verbindungselement (5) verbunden sind.
8. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die zu kühlende Fläche (2) polygonal ist, wobei die äußeren Enden zumindest eines Teils der ersten Kühlrippenstrukturen (4a) zu einer der Ecken der zu kühlende Fläche (2) verlaufen.
9. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kühlrippenstrukturen (4, 4a, 4b) eine Höhe aufweisen, die etwa dem 1 bis 10-fachen ihrer durchschnittlichen Breite (B) entspricht.
10. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kühlrippenstrukturen (4, 4a, 4b) einen rechteckigen oder sich hin zur oder weg von der zu kühlenden Fläche (2) verjüngenden Querschnitt aufweisen.
1 1. Gehäuse (3) oder Gehäuseteil mit einer Außenseite, die eine zu kühlende Fläche (2) darstellt, und mit einer Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
PCT/EP2016/052989 2015-04-02 2016-02-12 Kühlrippenstruktur für eine einbaulagenunabhängige kühlung eines gehäuses WO2016155933A1 (de)

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