EP4052549A1 - Cooling device for cooling a plurality of heat-emitting electronic components arranged on a circuit board, and system comprising the cooling device - Google Patents
Cooling device for cooling a plurality of heat-emitting electronic components arranged on a circuit board, and system comprising the cooling deviceInfo
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- EP4052549A1 EP4052549A1 EP20771243.1A EP20771243A EP4052549A1 EP 4052549 A1 EP4052549 A1 EP 4052549A1 EP 20771243 A EP20771243 A EP 20771243A EP 4052549 A1 EP4052549 A1 EP 4052549A1
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Classifications
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- H05K7/20272—Accessories for moving fluid, for expanding fluid, for connecting fluid conduits, for distributing fluid, for removing gas or for preventing leakage, e.g. pumps, tanks or manifolds
Definitions
- Cooling device for cooling a large number of electronic components which are arranged on a circuit board and emit heat, and a system comprising the cooling device
- the invention relates to a cooling device for cooling a large number of electronic components which are arranged on a circuit board and which emit heat, as well as a system comprising such a cooling device and a circuit board with a large number of electronic components arranged thereon.
- Electronic components such as CPUs or GPUs, which give off heat during operation, must be cooled, with both the cooling capacity and the efficiency of the cooling being decisive for the efficiency of the electronic components.
- the cooling of the electronic components or the dissipation of heat from the electronic components is a space and cost problem.
- such systems are nowadays more and more compact or more systems are provided in a very small space, which is disadvantageous for the cooling, so that the necessary cooling capacity or the power consumption caused by the cooling increase as a result.
- Liquid-based cooling is an alternative, especially since the heat output in water is around 100 times higher than in air, although even higher values can be achieved with other liquid coolants. With comparatively small water-filled pipes, a comparatively large amount of heat can be removed.
- immersion cooling is known in the prior art.
- the entire system or the circuit boards of the system are arranged in an immersion bath so that the liquid can flow around and cool all components.
- a low-corrosion, non-conductive, liquid coolant such as oil, for example, must be used as the coolant or coolant.
- such solutions are usually difficult to seal, so leakages and “water” damage are likely.
- due to the large amount of liquid required for this, such systems are heavy and cannot be transported. If conductive foreign bodies get into the system or the liquid, short circuits can also occur on the circuit boards.
- a comparatively new solution also provides for cooling using a mixing system or two separate liquids.
- a non-conductive, low-corrosion liquid is provided in a sealed system, which absorbs the heat from the components and transfers it to an immediately adjacent liquid-cooled plate.
- Another cooling medium flows through the plate, which dissipates the heat. Since such systems can be made tight and do not require individual flexible hoses at least directly on the circuit board, they are relatively easy to manufacture, although they are still comparatively heavy due to the amounts of liquid used.
- the invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and providing a cooling device for cooling a large number of electronic components which are arranged on a circuit board and emit heat, which can be produced simply and cost-effectively and which effectively cools the large number of components
- the circuit board enables components to be arranged with a comparatively low weight.
- a cooling device for cooling a plurality of electronic components which are arranged on a circuit board and emit heat.
- the cooling device has a distribution unit and at least one cooling satellite.
- the distributor unit which is preferably dimensionally stable, has a coolant inlet and a coolant outlet and a coolant can flow through it from its coolant inlet to its coolant outlet along a predetermined and fixed coolant path.
- the at least one cooling satellite is fixed on the distribution unit in a spatial position that is predetermined relative to the distribution unit and has a cooling body, a coolant inlet and a coolant outlet.
- the heat sink of the at least one cooling satellite can be contacted over a large area with at least one electronic component of the multitude of electronic components.
- the coolant can flow through the cooling satellite from its coolant inlet to its coolant outlet along the coolant path, the coolant path running through the distributor unit and the at least one cooling satellite and in sections along the cooling body of the cooling satellite.
- the basic inventive idea is therefore to provide a distribution unit on which a cooling satellite or several cooling satellites are provided, through which certain electronic components of the board are targeted contacted and cooled.
- the distributor unit which can be provided as a distributor plate, has a fixed and predetermined position in relation to the plate and is preferably dimensionally stable, so that simple and automated assembly is possible.
- the distribution unit or the coolant transported therein can not only absorb heat via the cooling satellites, but also heat which is transported to the distribution unit or the coolant contained therein via other heat transport phenomena, so that the electronic components of a circuit board are split into two Groups can be split up.
- a first group is intended to be cooled directly by the cooling satellites and a second group, the electronic components of which are not directly connected to the cooling satellites, can transfer heat to the distribution unit via further heat transport phenomena is discharged.
- Both the distribution unit and the cooling satellites can each have a plurality of coolant inlets and a plurality of coolant outlets, which can flow through along a coolant path or along a plurality of parallel coolant paths.
- the cooling device can thereby be designed in a modularized manner and the cooling device can be put together individually for different boards.
- Boards usually have a standardized size, so that a uniform distribution unit can be provided for all boards of one size, which itself has a specific shape and size adapted to the size of the board.
- the cooling satellite or the cooling satellites can be placed on the distribution unit along a grid or freely, with the coolant inlet and the coolant outlet of the cooling satellite or the coolant inlets and the coolant outlets of the cooling satellites must be fluidically connected to a cooling channel provided in the distribution unit, so that each Cooling satellite is flowed through along a common or along different Strö flow paths of the coolant from the coolant inlet to the coolant outlet of the distribution unit.
- the distributor unit is flat or frame-shaped.
- the distributor unit is flat and implemented as a distributor plate and further preferably has a length and width equal to the length and width of the board.
- the distributor unit is also designed to be hollow, at least in sections, and has one or more cooling channels in its interior, the flow path of the coolant or the coolant path being determined in sections by the cooling channel or channels of the distributor unit and the cooling satellites.
- the distribution unit is designed in the form of a frame, the circuit board or the electronic components arranged on it are flanked at least in sections.
- This also includes, in particular, an embodiment in which the distributor unit is designed in two parts and the board is arranged between the parts of the distributor unit so that the parts or levels of the distributor unit are diametrically opposite one another with respect to the board and the parts of the distributor unit through the Width or length of the board are spaced from one another.
- the distributor unit has a cooling surface which, when used as intended, faces the electronic components on the circuit board.
- the cooling surface is preferably aligned parallel to the surface of the board or orthogonally to it.
- the cooling surface serves to absorb heat, which is generated, for example, by convection or via the air lying between the electronic components and the cooling surface
- Electronic components of the board which are not or at least not directly in contact with one of the cooling satellites, are released and taken up by the cooling surface.
- the distributor unit has in its interior at least one cooling channel which determines the coolant path.
- the cooling channel is used to transport the coolant from the cooling channel inlet of the distribution unit to the cooling channel inlets of the respective cooling satellites as well as to transport the heat away from any cooling surface of the distribution unit, so that the coolant which flows through the cooling channel or the cooling channels flows through both the cooling satellites and the un indirectly absorbed by the distribution unit heat can be removed from themévor direction.
- the cooling device provides that the cooling channel is constructed in several parts. Furthermore, a first part of the cooling channel extends from the coolant inlet of the distributor unit to the coolant inlet of a cooling satellite and a second part of the cooling channel extends from the coolant outlet of a cooling satellite to the coolant outlet of the distributor unit.
- part of the cooling channel connects the coolant inlet of the distribution unit in terms of flow with all coolant inlets of the cooling satellites.
- a second part of the cooling channel also connects all coolant outlets of the cooling satellites in terms of flow with the coolant outlet of the distribution unit.
- the cooling satellites are arranged parallel to one another.
- the cooling satellites are arranged in series in terms of flow.
- a first part of the cooling channel connects the coolant inlet of the distribution unit fluidically with the coolant inlet of a first cooling satellite.
- a second part of the cooling channel connects the coolant outlet of the first cooling satellite in terms of flow with the coolant inlet of a second cooling satellite.
- This structure that is to say the switching of the cooling satellites in series through parts of the cooling channel which connect the cooling satellites to one another, can continue as desired up to the last of the cooling satellites connected in series.
- a last part of the cooling duct connects the coolant outlet of the last cooling satellite with the coolant outlet of the distribution unit.
- a third variant provides a mixture of the two first variants, in which groups of cooling satellites arranged in series in terms of flow are connected to one another in terms of flow in parallel.
- an advantageous variation of the cooling device provides that the cooling channel runs in a meandering manner in the distributor unit. Through a uniform meandering course, a fixed pattern or grid can also be formed at the same time, by means of which the cooling satellites can be attached to the distributor unit in a particularly simple manner and connected to the cooling channel in terms of flow.
- the meandering course on the cooling surface of the distributor unit can be marked or recognizable, so that the cooling channel can be opened from the outside, for example by drilling, and a section of the cooling satellite, such as the supply line or drainage explained below, can be inserted.
- the distributor unit is two separate and fluidically connected to the coolant only by the at least one cooling satellite Has flowable levels.
- the planes can be arranged directly adjacent to one another or adjacent to one another or at a distance from one another.
- the coolant inlet of each cooling satellite is fluidically connected directly to a first level of the two levels or directly to a part of the cooling channel running in the first level.
- the coolant outlet of each cooling satellite is fluidically connected directly to a second level of the two levels or directly to a part of the cooling channel running in the second level.
- the coolant inlet of the distributor unit is arranged in the first level and the coolant outlet of the distributor unit in the second level or are connected in terms of flow.
- the coolant inlet of the distributor unit is fluidically connected to the part of the cooling channel which runs in the first level
- the coolant outlet of the distributor unit is fluidically preferably connected to the part of the cooling channel which runs in the second plane.
- an advantageous variant of the cooling device also provides that a cooling satellite and preferably each of the cooling satellites have at least one tubular supply line and one tubular Having derivation.
- the tubular supply line connects the coolant inlet of the cooling satellite with the cooling element in terms of flow.
- the tubular discharge connects the heat sink with the cooling satellite's coolant outlet in terms of flow technology.
- the cross-sectional area of the supply line through which the coolant can flow corresponds to the cross-sectional area of the discharge line through which the flow can flow and, in particular in the case of a serial connection or series connection of the cooling satellites, also the cross-sectional area of a cooling channel in the distribution unit that can be flowed through, so that a allows even volume flow of the coolant becomes. Accordingly, the supply line and the discharge line are traversed by the coolant, so that the supply line and the discharge line each determine a section of the coolant path.
- the cooling Sateilit is connected through the supply line and the discharge line with the distribution unit and fixed to it. In addition, the cooling satellite is also held in the predetermined position with respect to the distribution unit by the inlet and outlet.
- Both angular shapes and round shapes come into consideration as cross-sectional shapes for the supply line and the discharge line.
- the feed line and the discharge line are preferably formed at a distance from one another, a variant also being advantageous in which the feed line and discharge line are arranged coaxially to one another.
- the respective inner line can be connected to and / or integrally formed by the heat sink at the same time and the inner line thus serves as a cooling rib or cooling surface around which the coolant flowing through the outer line flows. It is advantageous if the outer line extends into a first level of the distribution unit and the inner line extends into a second level of the distribution unit, which is arranged behind the first level as seen from the cooling satellite.
- the feed line and / or the discharge line has a width or a diameter which corresponds to the width or the diameter of the cooling channel in the distributor unit, so that the cooling channel in the distributor unit passes through Pushing the supply line or the discharge line into the cooling channel is sealed and the coolant must flow through an opening provided in the supply line or the discharge line.
- a preferably lateral opening is provided for the feed line and / or the discharge line in the section with which the feed line or discharge line extends into the distributor unit, through which the coolant flows into or out of the feed line from the cooling channel of the distributor unit the discharge can flow into the cooling channel of the distribution unit.
- An advantageous embodiment variant of the cooling device provides that the at least one cooling satellite forms a cavity adjacent to the cooling body, which cavity defines a section of the coolant path and through which the coolant can flow.
- the at least one cooling satellite also has cooling fins connected to the cooling body in the cavity.
- cooling fins extend into the supply line and / or the discharge line so that the coolant already flows around the cooling fins in the supply line or the discharge line.
- cooling satellites can also be designed differently with regard to the length of the section of the coolant path which is determined by the cooling satellites. If, for example, an electronic component is to be cooled by a first cooling satellite which requires more cooling compared to another electronic component provided on the circuit board, the cooling element of the first cooling satellite can be designed with a larger area and that along the cooling element leading section of the coolant path can be made longer, so that more heat can be absorbed and dissipated by the coolant flowing through the first cooling satellite.
- a cooling capacity adapted to the respective component to be cooled can also be achieved by locally varying the flow rate of the coolant on the component and the resulting flow effects.
- the respective cooling satellites are also adapted to the respective electronic component and have, for example, inlet and outlet lines of different lengths, so that the cooling satellites can adjoin the electronic components as intended, despite the different dimensions of the electronic components.
- a respective cooling satellite In order to attach a respective cooling satellite to the respective electronic component, it can also be provided that the respective cooling satellite is pressed onto the electronic component by fixing the distributor plate with respect to the circuit board or by connecting elements of the distributor plate for fixing to the circuit board.
- a mounting base can also be provided on at least one part of the cooling satellites, so that the respective cooling satellites can be fixed directly to the circuit board and pressed onto the respective electronic component.
- connecting elements for fixing the distribution unit on the board are provided on the distribution unit.
- the connecting elements have a predetermined position with respect to the at least one cooling satellite, so that by arranging the distributor unit on the board with the connecting elements, the cooling satellites can be arranged on the respective associated components to be cooled. Accordingly, the distribution unit can be arranged in a predetermined position with respect to the circuit board and the cooling satellites in a predetermined position with respect to or on the electronic components.
- the cooling device can have a housing or a frame which is designed to accommodate the distributor unit and the cooling satellites as well as the circuit board.
- the hous se can be designed to accommodate the circuit board.
- the housing can be opened on one side, wherein the circuit board can be inserted into the opening and thereby forms a cover that closes the open cavity of the housing.
- the housing can also form the connecting elements integrally and thereby determine the predetermined position or the holding of the predetermined position of the distributor unit in relation to the circuit board.
- Another aspect of the invention also relates to a system with an invented proper cooling device and a circuit board with electronic components which are arranged thereon and which emit heat. It is provided that the distribution unit of the cooling device has a predetermined position compared to the circuit board and the at least one cooling satellite is in contact with its heat sink with at least one of the electronic components.
- the heat sink can be in direct contact with the electronic component, whereby it can also be provided that the heat sink is indirectly contacted with the electronic component via a heat conduction means, for example a heat conduction pad or a heat conduction paste.
- a heat conduction means for example a heat conduction pad or a heat conduction paste.
- the distribution unit is designed as a flat distribution plate and is arranged in parallel at a predetermined distance from the board and the at least one cooling satellite is arranged between the board and the distribution plate, where a Supply line and a discharge line of the cooling satellite extend orthogonally to the board to the distribution plate.
- the distribution unit is designed in the shape of a frame.
- the distributor unit runs around the circuit board and / or the electronic components arranged on it at least in sections or flanks them, with planes or sections of the distributor unit preferably facing each other and the cooling satellites being arranged between these sections or planes and these Connect fluidically with each other.
- an embodiment of the system is advantageous in which the system provides a housing and the circuit board and / or the distributor unit integrally form a section of the housing.
- the electronic components and the cooling satellites are arranged in an interior space formed by the housing.
- the distributor unit has a cooling surface which integrally has an inner surface facing the interior of the Forms housing, so that heat given off by the electronic components can be at least partially absorbed by the cooling surface and removed via the distributor unit or the coolant flowing through it.
- the housing has ventilation openings through which the interior space opens to the outside and air can flow through the interior space, for example, so that in addition to liquid cooling, air cooling can also be implemented at the same time.
- a method for producing the cooling device can also be named as a further aspect.
- a uniform distributor unit is provided for a large number of circuit boards. Then, depending on the position of the electronic components to be cooled on the board, openings are made in the distribution unit, into which the supply lines and the leads of the cooling satellites are then inserted, the leads and the leads being designed in such a way that the heat sinks of the respective cooling -Satellites contact the respective electronic components and at the same time the distribution unit is in the predetermined position with respect to the board.
- FIG. 1 shows a first variant of a cooling device or a system comprising a cooling device and a circuit board
- FIG. 2 shows a second variant of a cooling device or a system comprising a cooling device and a circuit board
- FIG. 3 shows a third variant of a cooling device
- FIG. 5 shows a fifth variant of a cooling device in a first view
- FIG. 6 shows the fifth variant of a cooling device in a second view
- FIG. 12 shows a schematic diagram of a first two-level variant of a cooling device
- FIG. 13 shows a sixth variant of a cooling device
- FIG. 14 shows a schematic diagram of a second variant of a cooling device having two levels
- FIGS. 1 and 2 a variant of a cooling device 1 is shown together with a circuit board 2, the electronic components 3 with the Cooling satellites 20 of the cooling device 1 are contacted and can be cooled thereby.
- the cooling device 1 in FIGS. 1 and 2 together with the respective circuit board 2 therefore at the same time corresponds to a system V comprising the cooling device 1 and the circuit board 2.
- the circuit board provided as an example in FIGS. 1 and 2 each has three electronic components 3 to be cooled, Deviating from this, electronic components 3 to be cooled to a greater or lesser extent can also be provided.
- the cooling device 1 is in each case adapted to the circuit board and has, for example, cooling satellites 20 in a corresponding arrangement corresponding to the number of electronic components 3 to be cooled.
- further electronic components can also be provided on the circuit board, which are not or should not be cooled directly by the cooling satellites 20 of the cooling device 1.
- a distributor unit 10 with two levels 101, 102 is provided in each case.
- the two levels 101, 102 of the distribution unit 10 are fluidically separated or connected exclusively via the three cooling satellites 20 each, which are arranged fluidically parallel between the levels 101, 102.
- the coolant is guided along a coolant path (not shown in FIGS. 1 and 2) to the three cooling satellites 20, through which it flows to the second level 102 of the distributor unit 10 and is passed to the coolant outlet 12 of the distributor unit 10.
- the coolant absorbs heat which was given off by the electronic components 3 to the respective adjacent cooling satellites 20, and transported this off.
- the frame-shaped distribution units 10 of the variants shown in Figures 1 and 2 each form one or more cooling surfaces 13 running orthogonally to the board 2, which additionally absorb heat given off by the components of the board 2 and transfer it to the coolant, so that the components that are not cooled directly by means of the cooling satellites 20 can be cooled.
- the cooling satellites 20 used in the variant according to FIG. 2 are explained in more detail in the description associated with FIG. 11.
- the cooling satellites 20 of the variant according to FIG. 1 basically have an identical structure, but are flatter, with the supply line 24 and discharge line 25 of the respective cooling satellite 20 running directly adjacent to the board 2 in the variant in FIG.
- FIGS. 3 and 4 A further embodiment of the cooling device 1 is disclosed in each of FIGS. 3 and 4, in which a distributor unit 10 is provided with only one level.
- the respective distribution unit 10 is arranged parallel to the circuit board (not shown), so that the cooling satellite 20 or the cooling satellites 20 are arranged between the circuit board and the distribution unit 10.
- a flat distribution unit 10 or distribution plate is provided, on which a single cooling satellite 20 is arranged. This is formed in one piece and integrally with the distributor unit 10.
- openings or free spaces 15 are provided in the distributor unit 10 to save material and weight.
- a cooling channel (not shown) is formed in each case, which determines the coolant path through the distribution unit 10 and the cooling satellites 20.
- the cooling channel can be designed in one piece or in several parts and connect existing cooling satellites 20 in parallel or in series with respect to the coolant inlet 11 of the distributor unit 10 and the coolant outlet 12 of the distributor unit 10.
- Figures 5 and 6 show a further advantageous variant of a cooling device 1 in a view obliquely from below, so that the cooling satellites 20, 20 'provided on the distribution unit 10 and the cooling surface 13 facing the electronic components 3 of a circuit board 2 (not shown) Distribution unit 10 are visible.
- the distributor unit 10 is also designed as a flat distributor plate with a single level in which the coolant is guided through a cooling channel 14, as shown in FIG. 6, from the coolant inlet 11 of the distributor unit 10 to the coolant outlet 12 of the distributor unit 10 .
- the cooling satellites 20, 20 ' are fluidically arranged in series with one another, so that the cooling duct 14 is divided into several sections or parts by the supply lines 24 and discharge lines 25 of the two cooling satellites 20, 20'.
- a first part 141 of the cooling channel 14 leads from the coolant inlet 11 of the distribution unit 10 to the coolant inlet 21 of a first cooling satellite 20, a third part 143 of the cooling channel 14 leads from the coolant outlet 22 of the first cooling satellite 20 to the coolant inlet 21 of a
- the second cooling satellite 20 'and a second part 142 of the cooling channel 14 lead from the coolant outlet 22 of the second cooling satellite 20 to the coolant outlet 12 of the distributor unit 10.
- the individual parts 141, 142, 143 of the cooling channel 14 or the entire cooling channel 14 runs in a meandering manner in the distributor unit 10, so that the entire cooling surface 13 of the distributor unit is cooled by the coolant flowing through the cooling channel 14 and the heat is dissipated.
- the cooling channel 14 in the distributor unit 10, as shown in FIG. 6, can be formed, for example, in that the cooling channel 14 is formed in the distributor plate from a solid material by milling and the as a result, as shown in FIG. 6, the open top is closed by a cover.
- two different cooling satellites 20, 20 ′ are provided, which essentially differ only in the shape of their supply line 24 and their discharge line 25.
- two identical cooling satellites 20, 20 ' can also be provided.
- the supply line 24 and the discharge line 25 each have a rectangular cross-section through which a flow can flow or are provided as rectangular tubes.
- the second variant of the cooling satellite 20 ‘provides a round cross-section through which a flow can flow for the supply line 24 and the discharge line 25 or provides a round tube for each of them.
- the width or the diameter of the supply line 24 and the discharge line 25 are equal to the width of the cooling channel 14, so that the cooling channel 14 is pushed in or introduced the supply line 24 and the discharge line 25 of the cooling satellites 20, 20 'is closed and the coolant must flow through the coolant inlets 21 and coolant outlets 22 of the cooling satellites 20, 20' or through the cooling satellites 20, 20 '.
- FIGS. 7 and 8, FIG. 8 showing a schematic cross section through the cooling satellite 20.
- a rectangular tube is seen for the supply line 24 and the discharge line 25, each of which extends from a base body 28 to the coolant inlet 21 or the coolant outlet 22 of the cooling satellite 20.
- a flea space 26 is defined which adjoins the cooling body 23, the cooling body 23 preferably being formed from a material that is particularly good at conducting heat, such as copper.
- the heat sink 23 is formed with its side facing away from the hollow space 26 directly or via a heat conduction means with a Electronic component 3 of the board 2 to be contacted.
- the coolant path P or the section of the coolant path P running in the cooling satellite 20 leads from the coolant inlet 21 through the supply line 24 into the cavity 26 and from the cavity 26 through the discharge line 25 to the coolant outlet 22 of the cooling satellite 20
- the coolant path P runs in the cavity 26 adjacent to the cooling body 23.
- the coolant path P can run in a meandering shape in the cavity, the cavity 26 being designed accordingly for this or having guide elements defining the coolant path P.
- FIGS. 9 and 10 A modification of the variant of the cooling satellite 20 from FIGS. 7 and 8 is disclosed in FIGS. 9 and 10.
- cooling fins 27 are provided which are fixed to the cooling body 23 or are formed integrally with it.
- the cooling fins 27 are made of a material such as copper, which conducts heat well. In the embodiment shown, it is provided that the cooling fins 27 extend into the supply line 24 and the discharge line 25 of the cooling satellite 20 and essentially as far as the coolant inlet 21 or the coolant outlet 22 of the cooling satellite 20. Heat, which is transferred to the heat sink 23, can therefore be transferred to the coolant or dispensed via the cooling fins 27 over a larger area and along a longer section of the coolant path P and thus transported away more effectively.
- the variant of the cooling satellite 20 shown in FIG. 11 is preferably used in an embodiment of the cooling device 1 in which, as in FIG. 2, two separate levels 101, 102 of the distribution unit 10 are fluidically connected to one another by one or more cooling satellites 20 should be.
- the cooling satellite 20 in FIG. 11 also essentially comprises a base body 28 which is connected to a cooling body 23 (not shown) and in its interior a flat if not shown cavity 26 is determined.
- the cavity 26 is connected to the coolant inlet 21 of the cooling satellite 20 through the here round and tubular feed line 24 and through the here round and tubular outlet 25 to the coolant outlet 22, wherein the section of the coolant path running in the base body can be designed in a meandering manner, as is also indicated in FIG.
- the distributor unit 10 is divided into a first level 101 and a second level 102, the principle illustration corresponding to FIG corresponds to FIGS. 1 and 2.
- a distribution unit 10 which has a first level 101 and a level 102 directly adjoining it.
- the first level 101 corresponds to a distributor for cold coolant, in which the coolant is guided from the coolant inlet of the distributor unit to all coolant inlets 21 of the cooling satellites 20.
- the coolant flows via the cooling satellite 20 into the second level 102 and is heated in the cooling satellite 20 in the process.
- the coolant of all cooling satellites 20 is collected and led to the coolant outlet of the distribution unit.
- the coolant path P is therefore divided into several sections P1, P2, P3.
- the coolant is supplied to all cooling satellites 20 via the first section P1 of the coolant path.
- a second section P2 of the coolant path each runs through a cooling satellite 20.
- a third section P3 of the coolant path determines the path of the coolant in the second level 102 and leads from the coolant outlets 22 of the cooling satellites 20 to the coolant outlet 12 of the distribution unit 10 or the second level 102.
- FIG. 12 corresponds to the variant in FIG 13, in which it is visible that a section of the supply line 24 extends through a second level 102 into a first level 101 of the distribution unit 10 and a section of the discharge line 25 extends only into the second level 102, but not into the first level 101 extends.
- the planes 101, 102 of the distribution unit 10 are not designed to be completely congruent, but each define sections in which the planes 101, 102 directly adjoin one another.
- the distributor unit 10 or the levels 101, 102 also determine free spaces 15 in order to save material and weight. It is advantageous here that sections can also be provided in which only one of the levels 101, 102 is present.
- FIG. 14 shows a variant of the cooling device 1 or of the system V, in which the distributor unit 10 is formed from two planes 101, 102 spaced apart from one another.
- the levels 101, 102 are fluidically connected by the cooling satellites 20, the cooling liquid or the coolant being distributed from the coolant inlet 11 in the first level 11 along the section P1 of the coolant path P to all cooling satellites 20, which Coolant flows along the respective section P2 of the coolant path P through the cooling satellites 20 and thereby absorbs heat and the coolant is collected along the section P3 of the coolant path in the second level 102 and conducted to the coolant outlet 12 of the distribution unit 10.
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Abstract
The invention relates to a cooling device (1) for cooling a plurality of heat-emitting electronic components (3) arranged on a circuit board (2). The cooling device (1) comprises a distributing unit (10) and at least one cooling satellite (20). The distributing unit has a coolant inlet (11) and a coolant outlet (12), and a coolant can flow through the distributing unit from its coolant inlet (11) to its coolant outlet (12) along a predefined and fixed coolant path (P). The at least one cooling satellite (20) is fixed on the distributing unit (10) in a spatial position that is predefined with respect to the distributing unit (10), and the at least one cooling satellite has a heat sink (23), a coolant inlet (21) and a coolant outlet (22). The heat sink (23) can be brought into face-to-face contact with at least one electronic component (3) of the plurality of electronic components (3). The coolant can flow through the cooling satellite (20) from its coolant inlet (21) to its coolant outlet (22) along the coolant path (P). The coolant path (P) runs through the distributing unit (10) and the at least one cooling satellite (20) and at least partly along the heat sink (23) of the cooling satellite (20).
Description
Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Vielzahl von auf einer Platine angeordneten und Wärme abgebenden Elektronikkomponenten sowie System umfassend die Kühlvorrichtung Cooling device for cooling a large number of electronic components which are arranged on a circuit board and emit heat, and a system comprising the cooling device
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Vielzahl von auf einer Platine angeordneten und Wärme abgebenden Elektronikkomponenten sowie ein System aus einer solchen Kühlvorrichtung und einer Platine mit einer Vielzahl von darauf angeordneten Elektronikkomponenten. Elektronische Bauteile, wie beispielsweise CPUs oder GPUs, welche im Be trieb Wärme abgeben, müssen gekühlt werden, wobei hierbei sowohl die Kühlleistung als auch die Effizienz der Kühlung für die Effizienz der elektroni schen Bauteile entscheidend sind.
In Anlagen, welche eine Vielzahl von Platinen mit Wärme abgebenden Elektronikkomponenten aufweisen, ist die Kühlung der Elektronikkomponenten bzw. die Wärmeabfuhr von den Elektronikkomponenten ein Platz- und Kos tenproblem. Hinzukommt, dass solche Anlagen heutzutage immer kompakter realisiert oder mehr Anlagen auf engstem Raum vorgesehen werden, was für die Kühlung nachteilhaft ist, so dass auch dadurch die notwendige Kühlleistung bzw. der durch die Kühlung verursachte Stromverbrauch steigen. The invention relates to a cooling device for cooling a large number of electronic components which are arranged on a circuit board and which emit heat, as well as a system comprising such a cooling device and a circuit board with a large number of electronic components arranged thereon. Electronic components, such as CPUs or GPUs, which give off heat during operation, must be cooled, with both the cooling capacity and the efficiency of the cooling being decisive for the efficiency of the electronic components. In systems that have a large number of circuit boards with electronic components that emit heat, the cooling of the electronic components or the dissipation of heat from the electronic components is a space and cost problem. In addition, such systems are nowadays more and more compact or more systems are provided in a very small space, which is disadvantageous for the cooling, so that the necessary cooling capacity or the power consumption caused by the cooling increase as a result.
Rein passive Kühlvorrichtungen, welche die Komponenten beispielsweise ausschließlich über Kühlrippen kühlen, sind hierbei aufgrund der oftmals zu geringen Kühlleistung ungeeignet. Auch herkömmliche Kühlungen mit Ventilatoren haben oftmals eine zu geringe Kühlleistung oder benötigen zur aus reichenden Kühlung der elektronischen Komponenten so viel Strom, dass der Stromverbrauch für die Klimatisierung oft fast die Hälfte des Gesamt- Stromverbrauchs der Anlage beträgt. Purely passive cooling devices, which cool the components exclusively via cooling fins, for example, are unsuitable here because the cooling capacity is often too low. Even conventional cooling with fans often have too little cooling capacity or require so much power to cool the electronic components sufficiently that the power consumption for air conditioning is often almost half of the total power consumption of the system.
Im Stand der Technik gibt es zu der rein passiven Kühlung und der reinen auf Ventilatoren bzw. Lüftern basierten Luftkühlung bereits verschiedene Al ternativen. In the prior art, there are already various alternatives to purely passive cooling and pure air cooling based on fans or ventilators.
Flüssigkeitsbasierte Kühlungen bieten sich als Alternative an, zumal die Wärme-Abgabe an Wasser etwa 100mal höher ist als an Luft, wobei mit an deren flüssigen Kühlmitteln noch höhere Werte erzielbar sind. Mit ver gleichsweise kleinen wassergefüllten Rohren kann also vergleichsweise viel Wärme abtransportiert werden. Liquid-based cooling is an alternative, especially since the heat output in water is around 100 times higher than in air, although even higher values can be achieved with other liquid coolants. With comparatively small water-filled pipes, a comparatively large amount of heat can be removed.
Für flüssigkeitsbasierte Kühlungen gibt es im Stand der Technik bisher im Wesentlichen drei sich unterscheidende Alternativen. For liquid-based cooling, there are essentially three different alternatives in the prior art.
Zunächst eine klassische Wasserkühlung, bei welcher einzelnen elektroni schen Komponenten jeweils ein Kühlkörper zugeordnet ist, durch welche
meist über flexible Schlauchleitungen Wasser oderein anderes Kühlmedium gepumpt wird. Problematisch ist hierbei jedoch, dass eine automatisierte Herstellung durch die flexiblen Schlauchleitungen nicht oder nur schwer mög lich ist. Zudem kann es aufgrund von Alterungserscheinungen und Montage- fehlem zu Leckagen kommen. Nachteilig ist auch, dass ausschließlich die mit den Kühlkörpern kontaktierten Komponenten gekühlt werden. First, a classic water cooling, in which individual electronic components are each assigned a heat sink, through which water or another cooling medium is usually pumped via flexible hose lines. The problem here, however, is that automated production through the flexible hose lines is not possible, or only possible with difficulty. In addition, there may be leaks due to aging and assembly errors. It is also disadvantageous that only the components that are in contact with the heat sinks are cooled.
Alternativ dazu ist im Stand der Technik eine Tauchkühlung bekannt. Dabei wird die gesamte Anlage bzw. werden die Platinen der Anlage in einem Tauchbad angeordnet, so dass die Flüssigkeit alle Komponenten umströmen und kühlen kann. Hierfür muss als Kühlflüssigkeit bzw. Kühlmedium jedoch zwingend ein korrosionsarmes, nichtleitendes, flüssiges Kühlmittel, wie bei spielsweise Öl, verwendet werden. Solche Lösungen sind jedoch meist schwer abzudichten, so dass Leckagen und „Wasser“-schäden wahrschein lich sind. Zudem sind solche Systeme aufgrund der großen Menge der dafür benötigten Flüssigkeit schwer und nicht transportabel. Gelangen leitende Fremdkörper in das System bzw. in die Flüssigkeit, kann es darüberhinaus zu Kurzschlüssen an den Platinen kommen. Alternatively, immersion cooling is known in the prior art. The entire system or the circuit boards of the system are arranged in an immersion bath so that the liquid can flow around and cool all components. For this, however, a low-corrosion, non-conductive, liquid coolant such as oil, for example, must be used as the coolant or coolant. However, such solutions are usually difficult to seal, so leakages and “water” damage are likely. In addition, due to the large amount of liquid required for this, such systems are heavy and cannot be transported. If conductive foreign bodies get into the system or the liquid, short circuits can also occur on the circuit boards.
Eine vergleichsweise neue Lösung sieht zudem eine Kühlung durch ein Mischsystem bzw. durch zwei voneinander getrennte Flüssigkeiten vor. Un- mittelbar an der Platine bzw. den darauf angeordneten Komponenten wird in einem abgedichteten System eine nicht leitende, korrosionsarme Flüssigkeit vorgesehen, welche die Wärme von den Komponenten aufnimmt und diese an eine unmittelbar angrenzende flüssigkeitsgekühlte Platte abgibt. Die Plat te wird von einem weiteren Kühlmedium durchströmt und dadurch die Wärme abgeführt. Da solche Systeme dicht ausgebildet werden können, und zumin dest direkt an der Platine keine individuellen flexiblen Schläuche benötigen, sind diese relativ einfach herstellbar, wobei sie aufgrund der verwendeten Flüssigkeitsmengen weiterhin vergleichsweise schwer sind.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nach teile zu überwinden und eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Vielzahl von auf einer Platine angeordneten und Wärme abgebenden Elektronikkompo nenten bereitzustellen, welche zugleich einfach und kosteneffizient herstell- bar ist und eine effektive Kühlung der Vielzahl von auf der Platine angeord neten Komponenten bei vergleichsweise geringem Gewicht ermöglicht. A comparatively new solution also provides for cooling using a mixing system or two separate liquids. Immediately on the circuit board or the components arranged on it, a non-conductive, low-corrosion liquid is provided in a sealed system, which absorbs the heat from the components and transfers it to an immediately adjacent liquid-cooled plate. Another cooling medium flows through the plate, which dissipates the heat. Since such systems can be made tight and do not require individual flexible hoses at least directly on the circuit board, they are relatively easy to manufacture, although they are still comparatively heavy due to the amounts of liquid used. The invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and providing a cooling device for cooling a large number of electronic components which are arranged on a circuit board and emit heat, which can be produced simply and cost-effectively and which effectively cools the large number of components The circuit board enables components to be arranged with a comparatively low weight.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 und gemäß Patentanspruch 12 gelöst. This object is achieved by the combination of features according to patent claim 1 and according to patent claim 12.
Erfindungsgemäß wird eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Vielzahl von auf einer Platine angeordneten und Wärme abgebenden Elektronikkompo nenten vorgeschlagen. Die Kühlvorrichtung weist eine Verteilereinheit und zumindest einen Kühl-Satelliten auf. Die Verteilereinheit, welche vorzugswei se formstabil ausgebildet ist, weist einen Kühlmitteleingang und einen Kühl mittelausgang auf und ist von seinem Kühlmitteleingang zu seinem Kühlmit- telausgang entlang eines vorbestimmten und festen Kühlmittelpfades von einem Kühlmittel durchströmbar. Der zumindest eine Kühl-Satellit ist in einer gegenüber der Verteilereinheit vorbestimmten räumlichen Position an der Verteilereinheit fixiert und weist einen Kühlkörper, einen Kühlmitteleingang sowie einen Kühlmittelausgang auf. Der Kühlkörper des zumindest einen Kühl-Satelliten ist flächig mit zumindest einer Elektronikkomponente der Viel zahl von Elektronikkomponenten kontaktierbar. Ferner ist der Kühl-Satellit von seinem Kühlmitteleingang zu seinem Kühlmittelausgang von dem Kühl mittel entlang des Kühlmittelpfades durchströmbar, wobei der Kühlmittelpfad durch die Verteilereinheit und den zumindest einen Kühl-Satelliten sowie ab- schnittsweise entlang des Kühlkörpers des Kühl-Satelliten verläuft. According to the invention, a cooling device for cooling a plurality of electronic components which are arranged on a circuit board and emit heat is proposed. The cooling device has a distribution unit and at least one cooling satellite. The distributor unit, which is preferably dimensionally stable, has a coolant inlet and a coolant outlet and a coolant can flow through it from its coolant inlet to its coolant outlet along a predetermined and fixed coolant path. The at least one cooling satellite is fixed on the distribution unit in a spatial position that is predetermined relative to the distribution unit and has a cooling body, a coolant inlet and a coolant outlet. The heat sink of the at least one cooling satellite can be contacted over a large area with at least one electronic component of the multitude of electronic components. Furthermore, the coolant can flow through the cooling satellite from its coolant inlet to its coolant outlet along the coolant path, the coolant path running through the distributor unit and the at least one cooling satellite and in sections along the cooling body of the cooling satellite.
Die grundlegende erfinderische Idee ist es also, eine Verteilereinheit vorzu sehen, an welcher ein Kühl-Satellit oder mehrere Kühl-Satelliten vorgesehen sind, durch welche bestimmte elektronische Komponenten der Platine gezielt
kontaktiert und gekühlt werden. Die Verteilereinheit, welche als Verteilerplat te vorgesehen sein kann, weist dabei eine feste und vorbestimmte Position gegenüber der Platine auf und ist vorzugsweise formstabil, so dass eine einfache und automatisierte Montage möglich ist. Zudem kann die Verteilerein- heit bzw. das darin transportierte Kühlmittel nicht nur über die Kühl-Satelliten Wärme aufnehmen, sondern auch Wärme, welche über andere Wärmetransportphänomene zu der Verteilereinheit bzw. dem darin geführten Kühlmittel transportiert wird, so dass die Elektronikkomponenten einer Platine in zwei Gruppen aufgeteilt werden können. Eine erste Gruppe ist vorgesehen unmit- telbar durch die Kühl-Satelliten gekühlt zu werden und eine zweite Gruppe, deren Elektronikkomponenten nicht unmittelbar an den Kühl-Satelliten anlie- gen, kann Wärme über weitere Wärmetransportphänomene an die Verteiler einheit abgeben, welche von dieser aufgenommen und abgeführt wird. The basic inventive idea is therefore to provide a distribution unit on which a cooling satellite or several cooling satellites are provided, through which certain electronic components of the board are targeted contacted and cooled. The distributor unit, which can be provided as a distributor plate, has a fixed and predetermined position in relation to the plate and is preferably dimensionally stable, so that simple and automated assembly is possible. In addition, the distribution unit or the coolant transported therein can not only absorb heat via the cooling satellites, but also heat which is transported to the distribution unit or the coolant contained therein via other heat transport phenomena, so that the electronic components of a circuit board are split into two Groups can be split up. A first group is intended to be cooled directly by the cooling satellites and a second group, the electronic components of which are not directly connected to the cooling satellites, can transfer heat to the distribution unit via further heat transport phenomena is discharged.
Sowohl die Verteilereinheit als auch die Kühl-Satelliten können jeweils meh- rere Kühlmitteleingänge und mehrere Kühlmittelausgänge aufweisen, welche entlang eines Kühlmittelpfades oder entlang mehrerer paralleler Kühlmittel pfade durchströmt werden können. Both the distribution unit and the cooling satellites can each have a plurality of coolant inlets and a plurality of coolant outlets, which can flow through along a coolant path or along a plurality of parallel coolant paths.
Vorteilhaft ist, dass dadurch die Kühlvorrichtung modularisiert ausgebildet werden kann und die Kühlvorrichtung individuell für verschiedene Platinen zusammengestellt werden kann. Platinen haben meist eine genormte Größe, so dass für alle Platinen einer Größe eine einheitliche Verteilereinheit bereit gestellt werden kann, welche selbst eine bestimmte, auf die Größe der Plati ne angepasste Form und Größe hat. Abhängig von der Position der direkt zu kühlenden elektronischen Komponenten auf der Platine können der Kühl- Satellit bzw. die Kühl-Satelliten an der Verteilereinheit entlang eines Rasters oder frei platziert werden, wobei der Kühlmitteleingang und der Kühlmittel ausgang des Kühl-Satelliten bzw. die Kühlmitteleingänge und die Kühlmittel ausgänge der Kühl-Satelliten strömungstechnisch mit einem in der Verteiler einheit vorgesehenen Kühlkanal verbunden werden müssen, so dass jeder
Kühl-Satellit entlang eines gemeinsamen oder entlang verschiedener Strö mungspfade des Kühlmittels von dem Kühlmitteleingang zu dem Kühlmittel ausgang der Verteilereinheit durchströmt wird. It is advantageous that the cooling device can thereby be designed in a modularized manner and the cooling device can be put together individually for different boards. Boards usually have a standardized size, so that a uniform distribution unit can be provided for all boards of one size, which itself has a specific shape and size adapted to the size of the board. Depending on the position of the electronic components to be cooled directly on the board, the cooling satellite or the cooling satellites can be placed on the distribution unit along a grid or freely, with the coolant inlet and the coolant outlet of the cooling satellite or the coolant inlets and the coolant outlets of the cooling satellites must be fluidically connected to a cooling channel provided in the distribution unit, so that each Cooling satellite is flowed through along a common or along different Strö flow paths of the coolant from the coolant inlet to the coolant outlet of the distribution unit.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Kühlvorrichtung sieht hierfür vor, dass die Verteilereinheit flächig oder rahmenförmig ausgebildet ist. Vorteilhaft ist ins besondere eine Variante, bei welcher die Verteilereinheit flächig und als Ver teilerplatte realisiert ist und weiter vorzugsweise eine Länge und Breite gleich der Länge und Breite der Platine aufweist. For this purpose, an advantageous development of the cooling device provides that the distributor unit is flat or frame-shaped. Particularly advantageous is a variant in which the distributor unit is flat and implemented as a distributor plate and further preferably has a length and width equal to the length and width of the board.
Die Verteilereinheit ist zudem insbesondere zumindest abschnittsweise hohl ausgebildet und weist in ihrem Inneren einen oder mehrere Kühlkanäle auf, wobei der Strömungspfad des Kühlmittels bzw. der Kühlmittelpfad abschnittsweise durch den oder die Kühlkanäle der Verteilereinheit und die Kühl-Satelliten bestimmt wird. The distributor unit is also designed to be hollow, at least in sections, and has one or more cooling channels in its interior, the flow path of the coolant or the coolant path being determined in sections by the cooling channel or channels of the distributor unit and the cooling satellites.
Ist die Verteilereinheit rahmenförmig ausgebildet, wird die Platine bzw. wer- den die auf ihr angeordneten elektronischen Komponenten zumindest ab schnittsweise flankiert. Hierrunter fällt insbesondere auch eine Ausführungs form, bei welcher die Verteilereinheit zweiteilig ausgebildet ist und zwischen den Teilen der Verteilereinheit die Platine angeordnet ist, so dass die Teile bzw. Ebenen der Verteilereinheit sich bezüglich der Platine diametral gegen- überliegen und die Teile der Verteilereinheit durch die Breite oder Länge der Platine zueinander beabstandet sind. If the distribution unit is designed in the form of a frame, the circuit board or the electronic components arranged on it are flanked at least in sections. This also includes, in particular, an embodiment in which the distributor unit is designed in two parts and the board is arranged between the parts of the distributor unit so that the parts or levels of the distributor unit are diametrically opposite one another with respect to the board and the parts of the distributor unit through the Width or length of the board are spaced from one another.
Ferner ist eine Variante der Kühlvorrichtung von Vorteil, bei welcher die Ver teilereinheit eine Kühlfläche aufweist, welche bei einer bestimmungsgemä ßen Nutzung den Elektronikkomponenten auf der Platine zugewandt ist. Wei- ter vorzugsweise ist die Kühlfläche parallel zu der Oberfläche der Platine oder orthogonal zu dieser ausgerichtet. Die Kühlfläche dient hierbei der Aufnahme von Wärme, welche beispielsweise durch Konvektion oder über die zwischen den Elektronikkomponenten und der Kühlfläche liegenden Luft von
Elektronikkomponenten der Platine, welche nicht oder zumindest nicht unmit telbar mit einem der Kühl-Satelliten in Kontakt stehen, abgegeben und von der Kühlfläche aufgenommen wird. Furthermore, a variant of the cooling device is advantageous in which the distributor unit has a cooling surface which, when used as intended, faces the electronic components on the circuit board. Furthermore, the cooling surface is preferably aligned parallel to the surface of the board or orthogonally to it. The cooling surface serves to absorb heat, which is generated, for example, by convection or via the air lying between the electronic components and the cooling surface Electronic components of the board, which are not or at least not directly in contact with one of the cooling satellites, are released and taken up by the cooling surface.
Wie bereits beschrieben, ist eine Ausbildung der Kühlvorrichtung vorteilhaft, bei welcher die Verteilereinheit in ihrem Inneren zumindest einen den Kühl mittelpfad bestimmenden Kühlkanal aufweist. Der Kühlkanal dient dabei so wohl dem Transport des Kühlmittels von dem Kühlkanaleingang der Vertei lereinheit zu den Kühlkanaleingängen der jeweiligen Kühl-Satelliten als auch dem Abtransport der Wärme von einer eventuell vorhandenen Kühlfläche der Verteilereinheit, so dass durch das Kühlmittel, welche den Kühlkanal oder die Kühlkanäle durchströmt sowohl die von den Kühl-Satelliten als auch die un mittelbar durch die Verteilereinheit aufgenommene Wärme aus der Kühlvor richtung abtransportiert werden kann. As already described, a design of the cooling device is advantageous in which the distributor unit has in its interior at least one cooling channel which determines the coolant path. The cooling channel is used to transport the coolant from the cooling channel inlet of the distribution unit to the cooling channel inlets of the respective cooling satellites as well as to transport the heat away from any cooling surface of the distribution unit, so that the coolant which flows through the cooling channel or the cooling channels flows through both the cooling satellites and the un indirectly absorbed by the distribution unit heat can be removed from the Kühlvor direction.
Die Kühlvorrichtung sieht in einer alternativen und ebenfalls vorteilhaften Va- riante vor, dass der Kühlkanal mehrteilig ausgeführt ist. Ferner erstrecken sich ein erster Teil des Kühlkanals von dem Kühlmitteleingang der Verteiler einheit zu dem Kühlmitteleingang eines Kühl-Satelliten und ein zweiter Teil des Kühlkanals von dem Kühlmittelausgang eines Kühl-Satelliten zu dem Kühlmittelausgang der Verteilereinheit. Hierbei sind abhängig von der genauen Ausführungsform der Kühlvorrich tung mehrere Untervarianten möglich. In an alternative and likewise advantageous variant, the cooling device provides that the cooling channel is constructed in several parts. Furthermore, a first part of the cooling channel extends from the coolant inlet of the distributor unit to the coolant inlet of a cooling satellite and a second part of the cooling channel extends from the coolant outlet of a cooling satellite to the coolant outlet of the distributor unit. Several sub-variants are possible depending on the exact embodiment of the cooling device.
In einer ersten Variante verbindet ein Teil des Kühlkanals den Kühlmitteleingang der Verteilereinheit strömungstechnisch mit allen Kühlmitteleingängen der Kühl-Satelliten. Ein zweiter Teil des Kühlkanals verbindet darüber hinaus alle Kühlmittelausgänge der Kühl-Satelliten strömungstechnisch mit dem Kühlmittelausgang der Verteilereinheit. Die Kühl-Satelliten sind hierbei strö mungstechnisch parallel zueinander angeordnet.
Bei einer zweiten Variante sind die Kühl-Satelliten strömungstechnisch in Reihe angeordnet. Ein erster Teil des Kühlkanals verbindet den Kühlmittel eingang der Verteilereinheit strömungstechnisch mit dem Kühlmitteleingang eines ersten Kühl-Satelliten. Ein zweiter Teil des Kühlkanals verbindet den Kühlmittelausgang des ersten Kühl-Satelliten strömungstechnisch mit dem Kühlmitteleingang eines zweiten Kühl-Satelliten. Dieser Aufbau, also das Schalten der Kühl-Satelliten in Reihe durch Teile des Kühlkanals, welche die Kühl-Satelliten miteinander verbinden, kann sich beliebig bis zum letzten der in Reihe geschalteten Kühl-Satelliten fortsetzen. Ein letzter Teil des Kühlka- nals verbindet den Kühlmittelausgang des letzten Kühl-Satelliten mit dem Kühlmittelausgang der Verteilereinheit. In a first variant, part of the cooling channel connects the coolant inlet of the distribution unit in terms of flow with all coolant inlets of the cooling satellites. A second part of the cooling channel also connects all coolant outlets of the cooling satellites in terms of flow with the coolant outlet of the distribution unit. In terms of flow, the cooling satellites are arranged parallel to one another. In a second variant, the cooling satellites are arranged in series in terms of flow. A first part of the cooling channel connects the coolant inlet of the distribution unit fluidically with the coolant inlet of a first cooling satellite. A second part of the cooling channel connects the coolant outlet of the first cooling satellite in terms of flow with the coolant inlet of a second cooling satellite. This structure, that is to say the switching of the cooling satellites in series through parts of the cooling channel which connect the cooling satellites to one another, can continue as desired up to the last of the cooling satellites connected in series. A last part of the cooling duct connects the coolant outlet of the last cooling satellite with the coolant outlet of the distribution unit.
Eine dritte Variante sieht eine Mischung aus den beiden ersten Varianten vor, bei welcher Gruppen von strömungstechnisch in Reihe angeordneten Kühl-Satelliten zueinander strömungstechnisch parallel verbunden sind. Um eine möglichst effektive Kühlung der Kühlfläche der Verteilereinheit zu gewährleisten, sieht eine vorteilhafte Variation der Kühlvorrichtung vor, dass der Kühlkanal mäanderförmig in der Verteilereinheit verläuft. Durch einen gleichmäßigen mäanderförmigen Verlauf kann zudem gleichzeitig ein festes Muster bzw. Raster ausgebildet werden, durch welches die Kühl-Satelliten besonders einfach an der Verteilereinheit befestigt und strömungstechnisch mit dem Kühlkanal verbunden werden können. Beispielsweise kann der mä anderförmige Verlauf an der Kühlfläche der Verteilereinheit markiert oder erkennbar sein, so dass von außen beispielsweise durch Bohren der Kühlkanal geöffnet und ein Abschnitt des Kühl-Satelliten, wie die nachfolgend erläu- terte Zuleitung oder die Ableitung, eingesteckt werden können. A third variant provides a mixture of the two first variants, in which groups of cooling satellites arranged in series in terms of flow are connected to one another in terms of flow in parallel. In order to ensure that the cooling surface of the distributor unit is cooled as effectively as possible, an advantageous variation of the cooling device provides that the cooling channel runs in a meandering manner in the distributor unit. Through a uniform meandering course, a fixed pattern or grid can also be formed at the same time, by means of which the cooling satellites can be attached to the distributor unit in a particularly simple manner and connected to the cooling channel in terms of flow. For example, the meandering course on the cooling surface of the distributor unit can be marked or recognizable, so that the cooling channel can be opened from the outside, for example by drilling, and a section of the cooling satellite, such as the supply line or drainage explained below, can be inserted.
Vorteilhaft ist zudem eine Variante der Erfindung, wie welcher die Verteiler einheit zwei voneinander getrennte und strömungstechnisch nur durch den zumindest einen Kühl-Satelliten verbundene von dem Kühlmittel
durchströmbare Ebenen aufweist. Die Ebenen können unmittelbar zueinan der benachbart bzw. aneinander angrenzend oder beabstandet voneinander angeordnet sein. Der Kühlmitteleingang jedes Kühl-Satelliten ist hierbei strömungstechnisch unmittelbar mit einer ersten Ebene der zwei Ebenen bzw. unmittelbar mit einem in der ersten Ebene verlaufenden Teil des Kühl kanals verbunden. Darüber hinaus ist der Kühlmittelausgang jedes Kühl- Satelliten strömungstechnisch unmittelbar mit einer zweiten Ebene der zwei Ebenen bzw. unmittelbar mit einem in der zweiten Ebene verlaufenden Teil des Kühlkanals verbunden. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass der Kühl- mitteleingang der Verteilereinheit in der ersten Ebene und der Kühlmittelaus gang der Verteilereinheit in der zweiten Ebene angeordnet sind bzw. strö mungstechnisch verbunden sind. Entsprechend ist der Kühlmitteleingang der Verteilereinheit strömungstechnisch vorzugsweise mit dem Teil des Kühlka nals verbunden, welcher in der ersten Ebene verläuft, und der Kühlmittelaus- gang der Verteilereinheit ist strömungstechnisch vorzugsweise mit dem Teil der Kühlkanals verbunden, der in der zweiten Ebene verläuft. In addition, a variant of the invention is advantageous, as in which the distributor unit is two separate and fluidically connected to the coolant only by the at least one cooling satellite Has flowable levels. The planes can be arranged directly adjacent to one another or adjacent to one another or at a distance from one another. The coolant inlet of each cooling satellite is fluidically connected directly to a first level of the two levels or directly to a part of the cooling channel running in the first level. In addition, the coolant outlet of each cooling satellite is fluidically connected directly to a second level of the two levels or directly to a part of the cooling channel running in the second level. In addition, it is provided that the coolant inlet of the distributor unit is arranged in the first level and the coolant outlet of the distributor unit in the second level or are connected in terms of flow. Correspondingly, the coolant inlet of the distributor unit is fluidically connected to the part of the cooling channel which runs in the first level, and the coolant outlet of the distributor unit is fluidically preferably connected to the part of the cooling channel which runs in the second plane.
Um den zumindest einen Kühl-Satelliten sowohl mechanisch als auch strö mungstechnisch mit der Verteilereinheit zu verbinden, ist in einer vorteilhaf ten Variante der Kühlvorrichtung zudem vorgesehen, dass ein Kühl-Satellit und vorzugsweise jeder der Kühl-Satelliten zumindest eine rohrförmige Zulei tung und eine rohrförmige Ableitung aufweist. Die rohrförmige Zuleitung ver bindet den Kühlmitteleingang des Kühl-Satelliten strömungstechnisch mit dem Kühlkörper. Die rohrförmige Ableitung verbindet den Kühlkörper strö mungstechnisch mit dem Kühlmittelausgang des Kühl-Satelliten. Vorzugs- weise entspricht die von dem Kühlmittel durchströmbare Querschnittsfläche der Zuleitung der durchströmbaren Querschnittsfläche der Ableitung und ins besondere bei einer seriellen Verschaltung bzw. einer Reihenschaltung der Kühl-Satelliten auch der durchströmbaren Querschnittsfläche eines in der Verteilereinheit vorhandenen Kühlkanals, so dass entlang des gesamten Kühlmittelpfades ein gleichmäßiger Volumenstrom des Kühlmittels ermöglicht
wird. Entsprechend werden die Zuleitung und die Ableitung von dem Kühlmit tel durchflossen, so dass die Zuleitung und die Ableitung jeweils einen Ab schnitt des Kühlmittelpfades bestimmen. Der Kühl-Sateilit ist durch die Zulei tung und die Ableitung mit der Verteilereinheit verbunden und an ihr fixiert. Zudem wird der Kühl-Satellit durch die Zu- und die Ableitung auch gegenüber der Verteilereinheit in der vorbestimmten Position gehalten. In order to connect the at least one cooling satellite both mechanically and fluidically to the distribution unit, an advantageous variant of the cooling device also provides that a cooling satellite and preferably each of the cooling satellites have at least one tubular supply line and one tubular Having derivation. The tubular supply line connects the coolant inlet of the cooling satellite with the cooling element in terms of flow. The tubular discharge connects the heat sink with the cooling satellite's coolant outlet in terms of flow technology. The cross-sectional area of the supply line through which the coolant can flow corresponds to the cross-sectional area of the discharge line through which the flow can flow and, in particular in the case of a serial connection or series connection of the cooling satellites, also the cross-sectional area of a cooling channel in the distribution unit that can be flowed through, so that a allows even volume flow of the coolant becomes. Accordingly, the supply line and the discharge line are traversed by the coolant, so that the supply line and the discharge line each determine a section of the coolant path. The cooling Sateilit is connected through the supply line and the discharge line with the distribution unit and fixed to it. In addition, the cooling satellite is also held in the predetermined position with respect to the distribution unit by the inlet and outlet.
Als Querschnittsformen für die Zuleitung und die Ableitung kommen sowohl eckige Formen als auch runde Formen in Betracht. Vorzugsweise sind die Zuleitung und die Ableitung beabstandet voneinander ausgebildet, wobei auch eine Variante vorteilhaft ist, bei welcher die Zuleitung und Ableitung koaxial zueinander angeordnet sind. Insbesondere ist hierbei vorteilhaft, dass die jeweils innere Leitung zugleich mit dem Kühlkörper verbunden und/oder integral von ihm ausgebildet werden kann und die innere Leitung somit als Kühlrippe bzw. Kühlfläche dient, welche von dem die äußere Leitung durch- fließenden Kühlmittel umströmt wird. Vorteilhaft ist dabei, wenn sich die äu ßere Leitung in eine erste Ebene der Verteilereinheit erstreckt und die innere Leitung in eine zweite Ebene der Verteilereinheit erstreckt, welche von dem Kühl-Satelliten aus gesehen hinter der ersten Ebene angeordnet ist. Both angular shapes and round shapes come into consideration as cross-sectional shapes for the supply line and the discharge line. The feed line and the discharge line are preferably formed at a distance from one another, a variant also being advantageous in which the feed line and discharge line are arranged coaxially to one another. In particular, it is advantageous here that the respective inner line can be connected to and / or integrally formed by the heat sink at the same time and the inner line thus serves as a cooling rib or cooling surface around which the coolant flowing through the outer line flows. It is advantageous if the outer line extends into a first level of the distribution unit and the inner line extends into a second level of the distribution unit, which is arranged behind the first level as seen from the cooling satellite.
Ebenfalls von Vorteil ist, wenn die Zuleitung und/oder die Ableitung eine Brei- te bzw. einen Durchmesser aufweist, welche/r der Breite bzw. dem Durch messer des Kühlkanals in der Verteilereinheit entspricht, so dass der Kühl kanal in der Verteilereinheit durch ein Einschieben der Zuleitung bzw. der Ableitung in den Kühlkanal abgedichtet wird und das Kühlmittel durch eine in der Zuleitung bzw. der Ableitung vorgesehene Öffnung fließen muss. Hierfür ist bei der Zuleitung und/oder der Ableitung in dem Abschnitt, mit welchem sich die Zuleitung bzw. Ableitung in die Verteilereinheit hinein erstreckt, eine vorzugsweise seitliche Öffnung vorgesehen, durch welche das Kühlmittel aus dem Kühlkanal der Verteilereinheit in die Zuleitung einströmen bzw. aus der Ableitung in den Kühlkanal der Verteilereinheit einströmen kann.
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung sieht vor, dass der zumindest eine Kühl-Satellit angrenzend an den Kühlkörper einen Hohlraum ausbildet, welcher einen Abschnitt des Kühlmittelpfades bestimmt und von dem Kühlmittel durchströmbar ist. Der zumindest eine Kühl-Satellit weist zu- dem in dem Hohlraum mit dem Kühlkörper verbundene Kühlrippen auf. It is also advantageous if the feed line and / or the discharge line has a width or a diameter which corresponds to the width or the diameter of the cooling channel in the distributor unit, so that the cooling channel in the distributor unit passes through Pushing the supply line or the discharge line into the cooling channel is sealed and the coolant must flow through an opening provided in the supply line or the discharge line. For this purpose, a preferably lateral opening is provided for the feed line and / or the discharge line in the section with which the feed line or discharge line extends into the distributor unit, through which the coolant flows into or out of the feed line from the cooling channel of the distributor unit the discharge can flow into the cooling channel of the distribution unit. An advantageous embodiment variant of the cooling device provides that the at least one cooling satellite forms a cavity adjacent to the cooling body, which cavity defines a section of the coolant path and through which the coolant can flow. The at least one cooling satellite also has cooling fins connected to the cooling body in the cavity.
Vorzugsweise ist zudem vorgesehen, dass die Kühlrippen sich in die Zulei tung und/oder die Ableitung hinein erstrecken, so dass die Kühlrippen bereits in der Zuleitung bzw. der Ableitung von dem Kühlmittel umströmt werden.It is also preferably provided that the cooling fins extend into the supply line and / or the discharge line so that the coolant already flows around the cooling fins in the supply line or the discharge line.
Sind mehrere Kühl-Satelliten vorgesehen, können diese zudem bezüglich der Länge des Abschnitts des Kühlmittelpfades, welcher durch die Kühl-Satelliten bestimmt wird, unterschiedlich ausgebildet sein. Soll beispielsweise eine elektronische Komponente durch einen ersten Kühl-Satelliten gekühlt wer den, welche im Vergleich zu einer anderen auf der Platine vorgesehenen elektronischen Komponente eine stärkere Kühlung benötigt, kann der Kühl- körper des ersten Kühl-Satelliten großflächiger ausgebildet und der an dem Kühlkörper entlang führende Abschnitt des Kühlmittelpfades länger ausgebildet sein, so dass mehr Wärme durch das den ersten Kühl-Satelliten durch fließende Kühlmittel aufgenommen und abgeführt werden kann. Eine auf die jeweilige zu kühlende Komponente angepasste Kühlleistung kann zudem durch eine lokale Variation der Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels an der Komponente und den daraus resultierenden Strömungseffekten erreicht wer den. Die jeweiligen Kühl-Satelliten sind zudem auf die jeweilige Elektronik komponente angepasst und weisen beispielsweise unterschiedlich lange Zu- und Ableitungen auf, so dass die Kühl-Satelliten trotz unterschiedlicher Di- mensionen der Elektronikkomponenten bestimmungsgemäß an diesen anlie- gen können. If several cooling satellites are provided, these can also be designed differently with regard to the length of the section of the coolant path which is determined by the cooling satellites. If, for example, an electronic component is to be cooled by a first cooling satellite which requires more cooling compared to another electronic component provided on the circuit board, the cooling element of the first cooling satellite can be designed with a larger area and that along the cooling element leading section of the coolant path can be made longer, so that more heat can be absorbed and dissipated by the coolant flowing through the first cooling satellite. A cooling capacity adapted to the respective component to be cooled can also be achieved by locally varying the flow rate of the coolant on the component and the resulting flow effects. The respective cooling satellites are also adapted to the respective electronic component and have, for example, inlet and outlet lines of different lengths, so that the cooling satellites can adjoin the electronic components as intended, despite the different dimensions of the electronic components.
Zur Befestigung eines jeweiligen Kühl-Satelliten auf der jeweiligen Elektro nikkomponente kann zudem vorgesehen sein, dass der jeweilige Kühl-Satellit
durch die Fixierung der Verteilerplatte gegenüber der Platine bzw. durch Verbindungselemente der Verteilerplatte zur Fixierung an der Platine auf die Elektronikkomponente gepresst wird. Alternativ kann auch an zumindest ei nem Teil der Kühl-Satelliten ein Befestigungssockel vorgesehen sein, so dass die jeweiligen Kühl-Satelliten unmittelbar an der Platine fixiert und auf die jeweilige Elektronikkomponente gepresst werden können. In order to attach a respective cooling satellite to the respective electronic component, it can also be provided that the respective cooling satellite is pressed onto the electronic component by fixing the distributor plate with respect to the circuit board or by connecting elements of the distributor plate for fixing to the circuit board. Alternatively, a mounting base can also be provided on at least one part of the cooling satellites, so that the respective cooling satellites can be fixed directly to the circuit board and pressed onto the respective electronic component.
Um die Verteilereinheit bzw. die gesamte Kühlvorrichtung in einer vorbe stimmten Position gegenüber der Platine fixieren zu können, sind an der Ver teilereinheit Verbindungselemente zur Fixierung der Verteilungseinheit an der Platine vorgesehen. Die Verbindungselemente weisen gegenüber dem zu mindest einen Kühl-Satelliten eine vorbestimmte Position auf, so dass durch die Anordnung der Verteilereinheit an der Platine mit den Verbindungsele menten zugleich die Kühl-Satelliten auf den jeweils zugehörigen zu kühlen den Komponenten angeordnet werden können. Entsprechend sind die Ver- teilereinheit in einer vorbestimmten Position gegenüber der Platine und die Kühl-Satelliten in einer vorbestimmten Position gegenüber der bzw. auf den Elektronikkomponenten anordenbar. In order to be able to fix the distribution unit or the entire cooling device in a predetermined position relative to the board, connecting elements for fixing the distribution unit on the board are provided on the distribution unit. The connecting elements have a predetermined position with respect to the at least one cooling satellite, so that by arranging the distributor unit on the board with the connecting elements, the cooling satellites can be arranged on the respective associated components to be cooled. Accordingly, the distribution unit can be arranged in a predetermined position with respect to the circuit board and the cooling satellites in a predetermined position with respect to or on the electronic components.
Zudem kann die Kühlvorrichtung ein Gehäuse oder einen Rahmen aufweisen, welches bzw. welcher ausgebildet ist, die Verteilereinheit und die Kühl- Satelliten sowie die Platine aufzunehmen. Darüber hinaus kann das Gehäu se ausgebildet sein, die Platine aufzunehmen. Alternativ kann das Gehäuse einseitig geöffnet sein, wobei die Platine in die Öffnung eingesetzt werden kann und dadurch eine den geöffneten Hohlraum des Gehäuses verschließende Abdeckung bildet. Das Gehäuse kann zudem integral die Verbin- dungselemente ausbilden und dadurch die vorbestimmte Position bzw. das Halten der vorbestimmten Position der Verteilereinheit zu der Platine be stimmen. In addition, the cooling device can have a housing or a frame which is designed to accommodate the distributor unit and the cooling satellites as well as the circuit board. In addition, the hous se can be designed to accommodate the circuit board. Alternatively, the housing can be opened on one side, wherein the circuit board can be inserted into the opening and thereby forms a cover that closes the open cavity of the housing. The housing can also form the connecting elements integrally and thereby determine the predetermined position or the holding of the predetermined position of the distributor unit in relation to the circuit board.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft zudem ein System mit einer erfin-
dungsgemäßen Kühlvorrichtung und einer Platine mit darauf angeordneten und Wärme abgebenden Elektronikkomponenten. Dabei ist vorgesehen, dass die Verteilereinheit der Kühlvorrichtung eine vorbestimmte Position ge genüber der Platine aufweist und der zumindest eine Kühl-Satellit mit seinem Kühlkörper mit zumindest einer der Elektronikkomponenten in Kontakt ist.Another aspect of the invention also relates to a system with an invented proper cooling device and a circuit board with electronic components which are arranged thereon and which emit heat. It is provided that the distribution unit of the cooling device has a predetermined position compared to the circuit board and the at least one cooling satellite is in contact with its heat sink with at least one of the electronic components.
Der Kühlkörper kann dabei mit der Elektronikkomponente in unmittelbaren Kontakt stehen, wobei auch vorgesehen sein kann, dass der Kühlkörper mittelbar über ein Wärmeleitmittel, beispielsweise einem Wärmeleitpad oder einer Wärmeleitpaste, mit der Elektronikkomponente kontaktiert ist. Vorteilhaft ist zudem auch eine Variante des Systems, bei welcher die Vertei lereinheit flächig als eine Verteilerplatte ausgebildet und parallel in einem vorbestimmten Abstand zu der Platine angeordnet ist und der zumindest eine Kühl-Satellit zwischen der Platine und der Verteilerplatte angeordnet ist, wo bei sich eine Zuleitung und eine Ableitung des Kühl-Satelliten orthogonal zu der Platine zu der Verteilerplatte erstrecken. Alternativ ist die Verteilereinheit rahmenförmig ausgebildet. Die Verteilereinheit umläuft bei dieser Alternative die Platine und/oder die auf ihr angeordneten Elektronikkomponenten zumin dest abschnittsweise bzw. flankiert diese, wobei sich vorzugsweise jeweils Ebenen bzw. Abschnitte der Verteilereinheit gegenüberliegen und die Kühl- Satelliten zwischen diesen Abschnitten bzw. Ebenen angeordnet sind und diese strömungstechnisch miteinander verbinden. The heat sink can be in direct contact with the electronic component, whereby it can also be provided that the heat sink is indirectly contacted with the electronic component via a heat conduction means, for example a heat conduction pad or a heat conduction paste. A variant of the system is also advantageous in which the distribution unit is designed as a flat distribution plate and is arranged in parallel at a predetermined distance from the board and the at least one cooling satellite is arranged between the board and the distribution plate, where a Supply line and a discharge line of the cooling satellite extend orthogonally to the board to the distribution plate. Alternatively, the distribution unit is designed in the shape of a frame. In this alternative, the distributor unit runs around the circuit board and / or the electronic components arranged on it at least in sections or flanks them, with planes or sections of the distributor unit preferably facing each other and the cooling satellites being arranged between these sections or planes and these Connect fluidically with each other.
Ferner ist eine Ausführungsform des Systems vorteilhaft, bei welcher das System ein Gehäuse vorsieht und die Platine und/oder die Verteilereinheit integral einen Abschnitt des Gehäuses bilden. Die Elektronikkomponenten und die Kühl-Satelliten sind hierbei in einem von dem Gehäuse gebildeten Innenraum angeordnet. Furthermore, an embodiment of the system is advantageous in which the system provides a housing and the circuit board and / or the distributor unit integrally form a section of the housing. The electronic components and the cooling satellites are arranged in an interior space formed by the housing.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Verteilereinheit eine Kühlfläche auf weist, welche integral eine zu dem Innenraum gewandte Innenfläche des
Gehäuses bildet, so dass von dem Elektronikkomponenten abgegebene Wärme zumindest zum Teil von der Kühlfläche aufgenommen und über die Verteilereinheit bzw. das diese durchströmende Kühlmittel abgeführt werden kann. Eine Variante sieht zudem vor, dass das Gehäuse Belüftungsöffnung auf weist, durch welche der Innenraum nach außen hin geöffnet und der Innen raum beispielsweise durch Luft durchströmbar ist, so dass neben der Flüssigkeitskühlung zugleich noch eine Luftkühlung realisierbar ist. It can be provided here that the distributor unit has a cooling surface which integrally has an inner surface facing the interior of the Forms housing, so that heat given off by the electronic components can be at least partially absorbed by the cooling surface and removed via the distributor unit or the coolant flowing through it. A variant also provides that the housing has ventilation openings through which the interior space opens to the outside and air can flow through the interior space, for example, so that in addition to liquid cooling, air cooling can also be implemented at the same time.
Als ein weiterer Aspekt kann zudem ein Verfahren zur Herstellung der Kühl- Vorrichtung genannt werden. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass für eine Vielzahl von Platinen eine einheitliche Verteilereinheit bereitgestellt wird. Anschließend werden in die Verteilereinheit in Abhängigkeit der Position der zu kühlenden Elektronikkomponenten auf der Platine Öffnungen eingebracht, in welche anschließend die Zuleitungen und die Ableitungen der Kühl- Satelliten eingesteckt werden, wobei die Zuleitungen und die Ableitungen derart ausgebildet sind, dass die Kühlkörper der jeweiligen Kühl-Satelliten die jeweiligen Elektronikkomponenten kontaktieren und zugleich die Verteilerein heit in der gegenüber der Platine vorbestimmten Position ist. A method for producing the cooling device can also be named as a further aspect. In particular, it is provided here that a uniform distributor unit is provided for a large number of circuit boards. Then, depending on the position of the electronic components to be cooled on the board, openings are made in the distribution unit, into which the supply lines and the leads of the cooling satellites are then inserted, the leads and the leads being designed in such a way that the heat sinks of the respective cooling -Satellites contact the respective electronic components and at the same time the distribution unit is in the predetermined position with respect to the board.
Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.The features disclosed above can be combined as required, provided this is technically possible and they do not contradict one another.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Be schreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Variante einer Kühlvorrichtung bzw. eines Systems umfassend eine Kühlvorrichtung und eine Platine; Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. 1 shows a first variant of a cooling device or a system comprising a cooling device and a circuit board;
Fig. 2 eine zweite Variante einer Kühlvorrichtung bzw. eines Systems
umfassend eine Kühlvorrichtung und eine Platine; 2 shows a second variant of a cooling device or a system comprising a cooling device and a circuit board;
Fig. 3 eine dritte Variante einer Kühlvorrichtung; 3 shows a third variant of a cooling device;
Fig. 4 eine vierte Variante einer Kühlvorrichtung; 4 shows a fourth variant of a cooling device;
Fig. 5 eine fünfte Variante einer Kühlvorrichtung in einer ersten An sicht; 5 shows a fifth variant of a cooling device in a first view;
Fig. 6 die fünfte Variante einer Kühlvorrichtung in einer zweiten Ansicht; 6 shows the fifth variant of a cooling device in a second view;
Fig. 7 eine erste Variante eines Kühl-Satelliten; 7 shows a first variant of a cooling satellite;
Fig. 8 die erste Variante des Kühl-Satelliten in einer geschnittenen8 shows the first variant of the cooling satellite in a section
Ansicht; View;
Fig. 9 eine zweite Variante eines Kühl-Satelliten; 9 shows a second variant of a cooling satellite;
Fig. 10 den Kühlkörper der zweiten Variante des Kühl-Satelliten; 10 shows the heat sink of the second variant of the cooling satellite;
Fig. 11 eine dritte Variante eines Kühl-Satelliten; 11 shows a third variant of a cooling satellite;
Fig. 12 eine Prinzipskizze einer ersten zwei Ebenen aufweisenden Variante einer Kühlvorrichtung; 12 shows a schematic diagram of a first two-level variant of a cooling device;
Fig. 13 eine sechste Variante einer Kühlvorrichtung; 13 shows a sixth variant of a cooling device;
Fig. 14 eine Prinzipskizze einer zweiten zwei Ebenen aufweisenden Variante einer Kühlvorrichtung; 14 shows a schematic diagram of a second variant of a cooling device having two levels;
Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in denThe figures are schematic examples. Same reference numerals in
Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.Figures indicate the same functional and / or structural features.
In den Figuren 1 und 2 ist jeweils eine Variante einer Kühlvorrichtung 1 zu sammen mit einer Platine 2 gezeigt, deren Elektronikkomponenten 3 mit den
Kühl-Satelliten 20 der Kühlvorrichtung 1 kontaktiert sind und dadurch gekühlt werden können. Die Kühlvorrichtung 1 in den Figuren 1 und 2 entspricht zu sammen mit der jeweiligen Platine 2 mithin zugleich einem System V aus der Kühlvorrichtung 1 und der Platine 2. Die in den Figuren 1 und 2 beispielhaft vorgesehene Platine weist jeweils drei zu kühlende Elektronikkomponenten 3 auf, wobei davon abweichend auch mehr oder weniger zu kühlende Elektronikkomponenten 3 vorgesehen sein können. Die Kühlvorrichtung 1 ist jeweils auf die Platine angepasst und weist beispielsweise Kühl-Satelliten 20 entsprechend der Anzahl der zu küh- lenden Elektronikkomponenten 3 in einer entsprechenden Anordnung auf.In Figures 1 and 2, a variant of a cooling device 1 is shown together with a circuit board 2, the electronic components 3 with the Cooling satellites 20 of the cooling device 1 are contacted and can be cooled thereby. The cooling device 1 in FIGS. 1 and 2 together with the respective circuit board 2 therefore at the same time corresponds to a system V comprising the cooling device 1 and the circuit board 2. The circuit board provided as an example in FIGS. 1 and 2 each has three electronic components 3 to be cooled, Deviating from this, electronic components 3 to be cooled to a greater or lesser extent can also be provided. The cooling device 1 is in each case adapted to the circuit board and has, for example, cooling satellites 20 in a corresponding arrangement corresponding to the number of electronic components 3 to be cooled.
Neben den zu kühlenden Elektronikkomponenten 3 können auf der Platine auch weitere, hier nicht dargestellte Elektronikkomponenten vorgesehen sein, welche nicht unmittelbar durch die Kühl-Satelliten 20 der Kühlvorrich tung 1 gekühlt werden bzw. gekühlt werden sollen. Bei den in den Figuren 1 und 2 offenbarten Varianten der Kühlvorrichtung 1 ist jeweils eine Verteilereinheit 10 mit zwei Ebenen 101, 102 vorgesehen. Die zwei Ebenen 101, 102 der Verteilereinheit 10 sind strömungstechnisch ge trennt bzw. ausschließlich über die jeweils drei Kühl-Satelliten 20 verbunden, welche zwischen den Ebenen 101, 102 strömungstechnisch parallel ange- ordnet sind. In addition to the electronic components 3 to be cooled, further electronic components, not shown here, can also be provided on the circuit board, which are not or should not be cooled directly by the cooling satellites 20 of the cooling device 1. In the variants of the cooling device 1 disclosed in FIGS. 1 and 2, a distributor unit 10 with two levels 101, 102 is provided in each case. The two levels 101, 102 of the distribution unit 10 are fluidically separated or connected exclusively via the three cooling satellites 20 each, which are arranged fluidically parallel between the levels 101, 102.
Ausgehend von dem strömungstechnisch mit der ersten Ebene 101 verbun denen Kühlmitteleingang 11 der Verteilereinheit 10 wird das Kühlmittel ent lang eines in den Figuren 1 und 2 nicht gezeigten Kühlmittelpfades zu den drei Kühl-Satelliten 20 geführt, durchströmt diese zu der zweiten Ebene 102 der Verteilereinheit 10 und wird zu dem Kühlmittelausgang 12 der Verteiler einheit 10 geleitet. Beim Durchströmen der Kühl-Satelliten 20 nimmt das Kühlmittel Wärme auf, welche von den Elektronikkomponenten 3 an den je weils angrenzenden Kühl-Satelliten 20 abgegeben wurde, und transportiert
diese ab. Starting from the coolant inlet 11 of the distributor unit 10, which is fluidically connected to the first level 101, the coolant is guided along a coolant path (not shown in FIGS. 1 and 2) to the three cooling satellites 20, through which it flows to the second level 102 of the distributor unit 10 and is passed to the coolant outlet 12 of the distributor unit 10. When flowing through the cooling satellites 20, the coolant absorbs heat which was given off by the electronic components 3 to the respective adjacent cooling satellites 20, and transported this off.
Die rahmenförmig ausgebildeten Verteilereinheiten 10 der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Varianten bilden jeweils eine bzw. mehrere orthogonal zu der Platine 2 verlaufende Kühlflächen 13 aus, welche zusätzlich von den Komponenten der Platine 2 abgegebene Wärme aufnehmen und an das Kühlmittel abgeben, so dass auch die nicht unmittelbar mittels der Kühl- Satelliten 20 gekühlten Komponenten gekühlt werden können. The frame-shaped distribution units 10 of the variants shown in Figures 1 and 2 each form one or more cooling surfaces 13 running orthogonally to the board 2, which additionally absorb heat given off by the components of the board 2 and transfer it to the coolant, so that the components that are not cooled directly by means of the cooling satellites 20 can be cooled.
Die bei der Variante gemäß Figur 2 verwendeten Kühl-Satelliten 20 sind in der zu Figur 11 gehörenden Beschreibung detaillierter erläutert. Die Kühl- Satelliten 20 der Variante gemäß Figur 1 weisen grundsätzlich einen identi schen Aufbau auf, sind jedoch flacher ausgebildet, wobei die Zuleitung 24 und Ableitung 25 des jeweiligen Kühl-Satelliten 20 bei der Variante in Figur 2 unmittelbar angrenzend an die Platine 2 verlaufen. The cooling satellites 20 used in the variant according to FIG. 2 are explained in more detail in the description associated with FIG. 11. The cooling satellites 20 of the variant according to FIG. 1 basically have an identical structure, but are flatter, with the supply line 24 and discharge line 25 of the respective cooling satellite 20 running directly adjacent to the board 2 in the variant in FIG.
In den Figuren 3 und 4 ist jeweils eine weitere Ausführungsform der Kühlvor- richtung 1 offenbart, bei der eine Verteilereinheit 10 mit lediglich einer Ebene vorgesehen ist. Die jeweilige Verteilereinheit 10 wird parallel zu der nicht dargestellten Platine angeordnet, so dass der Kühl-Satellit 20 bzw. die Kühl- Satelliten 20 zwischen der Platine und der Verteilereinheit 10 angeordnet sind. Bei der in Figur 3 dargestellten Variante ist eine flächige Verteilereinheit 10 bzw. Verteilerplatte vorgesehen, an welcher ein einzelner Kühl-Satellit 20 angeordnet ist. Dieser ist einstückig und integral mit der Verteilereinheit 10 ausgebildet. Ferner sind in der Verteilereinheit 10 zur Material- und Ge wichtseinsparung Öffnungen bzw. Freiräume 15 vorgesehen. In den Verteilereinheiten 10, wie sie in den Figuren 3 und 4 gezeigt sind, ist jeweils ein nicht dargestellter Kühlkanal ausgebildet, welcher den Kühlmittel pfad durch die Verteilereinheit 10 und die Kühl-Satelliten 20 bestimmt. Der
Kühlkanal kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein und vorhandene Kühl-Satelliten 20 bezogen auf den Kühlmitteleingang 11 der Verteilereinheit 10 und den Kühlmittelausgang 12 der Verteilereinheit 10 parallel oder seriell bzw. in Reihe verbinden. Figuren 5 und 6 zeigen eine weitere vorteilhafte Variante einer Kühlvorrich tung 1 in einer Ansicht von schräg unten, so dass die an der Verteilereinheit 10 vorgesehenen Kühl-Satelliten 20, 20‘ sowie die den Elektronikkomponen ten 3 einer nicht dargestellten Platine 2 zugewandte Kühlfläche 13 der Vertei lereinheit 10 sichtbar sind. Die Verteilereinheit 10 ist dabei ebenfalls als flä- chige Verteilerplatte mit einer einzelnen Ebene ausgebildet, in welcher das Kühlmittel durch einen Kühlkanal 14, wie er in Figur 6 gezeigt ist, von dem Kühlmitteleingang 11 der Verteilereinheit 10 zu dem Kühlmittelausgang 12 der Verteilereinheit 10 geführt ist. Die Kühl-Satelliten 20, 20‘ sind strömungs technisch in Reihe zueinander angeordnet, so dass der Kühlkanal 14 durch die Zuleitungen 24 und Ableitungen 25 der beiden Kühl-Satelliten 20, 20‘ in mehrere Abschnitte bzw. Teile unterteilt ist. Ein erster Teil 141 des Kühlka nals 14 führt von dem Kühlmitteleingang 11 der Verteilereinheit 10 zu dem Kühlmitteleingang 21 eines ersten Kühl-Satelliten 20, ein dritter Teil 143 des Kühlkanals 14 führt von dem Kühlmittelausgang 22 des ersten Kühl-Satelliten 20 zu dem Kühlmitteleingang 21 eines zweiten Kühl-Satelliten 20' und ein zweiter Teil 142 des Kühlkanals 14 führt von dem Kühlmittelausgang 22 des zweiten Kühl-Satelliten 20 zu dem Kühlmittelausgang 12 der Verteilereinheit 10. Die einzelnen Teile 141, 142, 143 des Kühlkanals 14 bzw. der gesamte Kühlkanal 14 verläuft dabei in der Verteilereinheit 10 mäanderförmig, so dass die gesamte Kühlfläche 13 der Verteilereinheit durch das Kühlmittel, welches den Kühlkanal 14 durchströmt, gekühlt und die Wärme abgeführt wird. A further embodiment of the cooling device 1 is disclosed in each of FIGS. 3 and 4, in which a distributor unit 10 is provided with only one level. The respective distribution unit 10 is arranged parallel to the circuit board (not shown), so that the cooling satellite 20 or the cooling satellites 20 are arranged between the circuit board and the distribution unit 10. In the variant shown in FIG. 3, a flat distribution unit 10 or distribution plate is provided, on which a single cooling satellite 20 is arranged. This is formed in one piece and integrally with the distributor unit 10. Furthermore, openings or free spaces 15 are provided in the distributor unit 10 to save material and weight. In the distribution units 10, as shown in FIGS. 3 and 4, a cooling channel (not shown) is formed in each case, which determines the coolant path through the distribution unit 10 and the cooling satellites 20. The The cooling channel can be designed in one piece or in several parts and connect existing cooling satellites 20 in parallel or in series with respect to the coolant inlet 11 of the distributor unit 10 and the coolant outlet 12 of the distributor unit 10. Figures 5 and 6 show a further advantageous variant of a cooling device 1 in a view obliquely from below, so that the cooling satellites 20, 20 'provided on the distribution unit 10 and the cooling surface 13 facing the electronic components 3 of a circuit board 2 (not shown) Distribution unit 10 are visible. The distributor unit 10 is also designed as a flat distributor plate with a single level in which the coolant is guided through a cooling channel 14, as shown in FIG. 6, from the coolant inlet 11 of the distributor unit 10 to the coolant outlet 12 of the distributor unit 10 . The cooling satellites 20, 20 'are fluidically arranged in series with one another, so that the cooling duct 14 is divided into several sections or parts by the supply lines 24 and discharge lines 25 of the two cooling satellites 20, 20'. A first part 141 of the cooling channel 14 leads from the coolant inlet 11 of the distribution unit 10 to the coolant inlet 21 of a first cooling satellite 20, a third part 143 of the cooling channel 14 leads from the coolant outlet 22 of the first cooling satellite 20 to the coolant inlet 21 of a The second cooling satellite 20 'and a second part 142 of the cooling channel 14 lead from the coolant outlet 22 of the second cooling satellite 20 to the coolant outlet 12 of the distributor unit 10. The individual parts 141, 142, 143 of the cooling channel 14 or the entire cooling channel 14 runs in a meandering manner in the distributor unit 10, so that the entire cooling surface 13 of the distributor unit is cooled by the coolant flowing through the cooling channel 14 and the heat is dissipated.
Der Kühlkanal 14 in der Verteilereinheit 10, wie er in Figur 6 gezeigt ist, kann beispielsweise dadurch ausgebildet werden, dass in die Verteilerplatte aus einem Vollmaterial durch Fräsen der Kühlkanal 14 ausgebildet wird und die
dadurch wie in Figur 6 gezeigte geöffnete Oberseite durch einen Deckel verschlossen wird. The cooling channel 14 in the distributor unit 10, as shown in FIG. 6, can be formed, for example, in that the cooling channel 14 is formed in the distributor plate from a solid material by milling and the as a result, as shown in FIG. 6, the open top is closed by a cover.
Bei der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Variante sind zwei verschiedene Kühl-Satelliten 20, 20' vorgesehen, welche sich im Wesentlichen lediglich durch die Form ihrer Zuleitung 24 und ihrer Ableitung 25 unterscheiden. Al ternativ können auch zwei identische Kühl-Satelliten 20, 20‘ vorgesehen sein. Bei dem ersten Kühl-Satelliten 20 weisen die Zuleitung 24 und die Ableitung 25 jeweils einen rechteckigen durchströmbaren Querschnitt auf bzw. sind als rechteckige Rohre vorgesehen. Die zweite Variante des Kühl-Satelliten 20‘ sieht einen runden durchströmbaren Querschnitt für die Zuleitung 24 und die Ableitung 25 vor bzw. sieht für diese jeweils ein rundes Rohr vor. Vorzugs weise ist bei beiden Varianten der Kühl-Satelliten 20, 20‘ ferner vorgesehen, dass die Breite bzw. der Durchmesser der Zuleitung 24 und der Ableitung 25 gleich der Breite des Kühlkanals 14 sind, so dass der Kühlkanal 14 durch das Einschieben bzw. Einbringen der Zuleitung 24 und der Ableitung 25 der Kühl- Satelliten 20, 20‘ verschlossen wird und das Kühlmittel durch die Kühlmittel eingänge 21 und Kühlmittelausgänge 22 der Kühl-Satelliten 20, 20' bzw. durch die Kühl-Satelliten 20, 20' strömen muss. In the variant shown in FIGS. 5 and 6, two different cooling satellites 20, 20 ′ are provided, which essentially differ only in the shape of their supply line 24 and their discharge line 25. Alternatively, two identical cooling satellites 20, 20 'can also be provided. In the case of the first cooling satellite 20, the supply line 24 and the discharge line 25 each have a rectangular cross-section through which a flow can flow or are provided as rectangular tubes. The second variant of the cooling satellite 20 ‘provides a round cross-section through which a flow can flow for the supply line 24 and the discharge line 25 or provides a round tube for each of them. Preferably, in both variants of the cooling satellites 20, 20 'it is also provided that the width or the diameter of the supply line 24 and the discharge line 25 are equal to the width of the cooling channel 14, so that the cooling channel 14 is pushed in or introduced the supply line 24 and the discharge line 25 of the cooling satellites 20, 20 'is closed and the coolant must flow through the coolant inlets 21 and coolant outlets 22 of the cooling satellites 20, 20' or through the cooling satellites 20, 20 '.
Die Variante des ersten Kühl-Satelliten 20 aus den Figuren 5 und 6 ist detail- lierter in den Figuren 7 und 8 dargestellt, wobei Figur 8 einen schematischen Querschnitt durch den Kühl-Satelliten 20 zeigt. Wie bereits beschrieben, ist für die Zuleitung 24 und die Ableitung 25 jeweils ein rechteckiges Rohr vor gesehen, welches sich jeweils von einem Grundkörper 28 zu dem Kühlmit teleingang 21 bzw. dem Kühlmittelausgang 22 des Kühl-Satelliten 20 er- streckt. In dem Grundkörper 28 ist ein Flohlraum 26 bestimmt, welcher an den Kühlkörper 23 angrenzt, wobei der Kühlkörper 23 vorzugsweise aus ei nem besonders gut wärmeleitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, ge bildet ist. Ferner ist der Kühlkörper 23 ausgebildet, mit seiner von dem Hohl raum 26 abgewandten Seite direkt oder über ein Wärmeleitmittel mit einer
Elektronikkomponente 3 der Platine 2 kontaktiert zu werden. Der Kühlmittel pfad P bzw. der in dem Kühl-Satelliten 20 verlaufende Abschnitt des Kühlmit telpfades P führt von dem Kühlmitteleingang 21 durch die Zuleitung 24 in den Hohlraum 26 und von dem Hohlraum 26 durch die Ableitung 25 zu dem Kühlmittelausgang 22 des Kühl-Satelliten 20. In dem Hohlraum 26 verläuft der Kühlmittelpfad P angrenzend an den Kühlkörper 23. Der Kühlmittelpfad P kann in dem Hohlraum mäanderförmig verlaufen, wobei der Hohlraum 26 hierfür entsprechend ausgebildet sein kann oder den Kühlmittelpfad P be stimmende Leitelemente aufweist. Eine Abwandlung der Variante des Kühl-Satelliten 20 aus den Figuren 7 und 8 ist in den Figuren 9 und 10 offenbart. Bei dem Kühl-Satelliten 20, wie er in den Figuren 9 und 10 dargestellt ist, sind Kühlrippen 27 vorgesehen, welche an dem Kühlkörper 23 fixiert oder integral mit ihm ausgebildet sind. Die Kühl rippen 27 sind aus einem Material, wie beispielsweise Kupfer gebildet, wel- ches Wärme gut leitet. Bei der gezeigten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kühlrippen 27 sich in die Zuleitung 24 und die Ableitung 25 des Kühl-Satelliten 20 hinein und im Wesentlichen bis zu dem Kühlmitteleingang 21 bzw. dem Kühlmittelausgang 22 des Kühl-Satelliten 20 erstrecken. Wär me, welche auf den Kühlkörper 23 übertragen wird, kann daher über die Kühlrippen 27 über eine größere Fläche und entlang eines längeren Ab schnitts des Kühlmittelpfades P auf das Kühlmittel übertragen bzw. abgege ben und somit effektiver abtransportiert werden. The variant of the first cooling satellite 20 from FIGS. 5 and 6 is shown in greater detail in FIGS. 7 and 8, FIG. 8 showing a schematic cross section through the cooling satellite 20. As already described, a rectangular tube is seen for the supply line 24 and the discharge line 25, each of which extends from a base body 28 to the coolant inlet 21 or the coolant outlet 22 of the cooling satellite 20. In the base body 28, a flea space 26 is defined which adjoins the cooling body 23, the cooling body 23 preferably being formed from a material that is particularly good at conducting heat, such as copper. Furthermore, the heat sink 23 is formed with its side facing away from the hollow space 26 directly or via a heat conduction means with a Electronic component 3 of the board 2 to be contacted. The coolant path P or the section of the coolant path P running in the cooling satellite 20 leads from the coolant inlet 21 through the supply line 24 into the cavity 26 and from the cavity 26 through the discharge line 25 to the coolant outlet 22 of the cooling satellite 20 The coolant path P runs in the cavity 26 adjacent to the cooling body 23. The coolant path P can run in a meandering shape in the cavity, the cavity 26 being designed accordingly for this or having guide elements defining the coolant path P. A modification of the variant of the cooling satellite 20 from FIGS. 7 and 8 is disclosed in FIGS. 9 and 10. In the cooling satellite 20, as shown in FIGS. 9 and 10, cooling fins 27 are provided which are fixed to the cooling body 23 or are formed integrally with it. The cooling fins 27 are made of a material such as copper, which conducts heat well. In the embodiment shown, it is provided that the cooling fins 27 extend into the supply line 24 and the discharge line 25 of the cooling satellite 20 and essentially as far as the coolant inlet 21 or the coolant outlet 22 of the cooling satellite 20. Heat, which is transferred to the heat sink 23, can therefore be transferred to the coolant or dispensed via the cooling fins 27 over a larger area and along a longer section of the coolant path P and thus transported away more effectively.
Die in Figur 11 dargestellte Variante des Kühl-Satelliten 20 ist vorzugsweise bei einer Ausbildungsform der Kühlvorrichtung 1 einzusetzen, bei welcher wie in Figur 2 zwei voneinander getrennte Ebenen 101, 102 der Verteilerein heit 10 durch einen oder mehrere Kühl-Satelliten 20 strömungstechnisch mit einander verbunden werden sollen. Der Kühl-Satellit 20 in Figur 11 umfasst im Wesentlichen ebenfalls einen Grundkörper 28, welcher mit einem nicht gezeigten Kühlkörper 23 verbunden ist und in seinem Inneren einen eben-
falls nicht dargestellten Hohlraum 26 bestimmt. Der Hohlraum 26 ist durch die hier runde und rohrförmige Zuleitung 24 mit dem Kühlmitteleingang 21 des Kühl-Satelliten 20 und durch die hier runde und rohrförmige Ableitung 25 mit dem Kühlmittelausgang 22 verbunden, wobei der in dem Grundkörper verlaufende Abschnitt des Kühlmittelpfades mäanderförmig ausgebildet sein kann, wie es auch in Figur 14 angedeutet ist. The variant of the cooling satellite 20 shown in FIG. 11 is preferably used in an embodiment of the cooling device 1 in which, as in FIG. 2, two separate levels 101, 102 of the distribution unit 10 are fluidically connected to one another by one or more cooling satellites 20 should be. The cooling satellite 20 in FIG. 11 also essentially comprises a base body 28 which is connected to a cooling body 23 (not shown) and in its interior a flat if not shown cavity 26 is determined. The cavity 26 is connected to the coolant inlet 21 of the cooling satellite 20 through the here round and tubular feed line 24 and through the here round and tubular outlet 25 to the coolant outlet 22, wherein the section of the coolant path running in the base body can be designed in a meandering manner, as is also indicated in FIG.
Bei den Varianten der Kühlvorrichtung, wie sie in den Figuren 12 bis 14 dar gestellt sind, ist die Verteilereinheit 10 jeweils in eine erste Ebene 101 und eine zweite Ebene 102 geteilt, wobei die Prinzipdarstellung entsprechend der Figur 14 grundsätzlich der Funktionsweise der jeweiligen Kühlvorrichtung 1 aus den Figuren 1 und 2 entspricht. In the case of the variants of the cooling device, as shown in FIGS. 12 to 14, the distributor unit 10 is divided into a first level 101 and a second level 102, the principle illustration corresponding to FIG corresponds to FIGS. 1 and 2.
In Figur 12 ist eine Verteilereinheit 10 dargestellt, welche eine erste Ebene 101 und eine unmittelbar daran angrenzende Ebene 102 aufweist. Dabei entspricht die erste Ebene 101 einem Verteiler für kaltes Kühlmittel, in wel- eher das Kühlmittel von dem Kühlmitteleingang der Verteilereinheit zu allen Kühlmitteleingängen 21 der Kühl-Satelliten 20 geführt wird. Das Kühlmittel fließt über die Kühl-Satelliten 20 in die zweite Ebene 102 und wird dabei in dem Kühl-Satelliten 20 aufgeheizt. In der zweiten Ebene 102 wird das Kühl mittel aller Kühl-Satelliten 20 gesammelt und zu dem Kühlmittelausgang der Verteilereinheit geführt. Der Kühlmittelpfad P ist daher in mehrere Abschnitte P1, P2, P3 geteilt. Über den ersten Abschnitt P1 des Kühlmittelpfades wird das Kühlmittel allen Kühl-Satelliten 20 zugeführt. Ein zweiter Abschnitt P2 des Kühlmittelpfades verläuft jeweils durch einen Kühl-Satellit 20. Ein dritter Abschnitt P3 des Kühlmittelpfades bestimmt den Pfad des Kühlmittels in der zweiten Ebene 102 und führt von den Kühlmittelausgängen 22 der Kühl- Satelliten 20 zu den Kühlmittelausgang 12 der Verteilereinheit 10 bzw. der zweiten Ebene 102. In FIG. 12, a distribution unit 10 is shown, which has a first level 101 and a level 102 directly adjoining it. The first level 101 corresponds to a distributor for cold coolant, in which the coolant is guided from the coolant inlet of the distributor unit to all coolant inlets 21 of the cooling satellites 20. The coolant flows via the cooling satellite 20 into the second level 102 and is heated in the cooling satellite 20 in the process. In the second level 102, the coolant of all cooling satellites 20 is collected and led to the coolant outlet of the distribution unit. The coolant path P is therefore divided into several sections P1, P2, P3. The coolant is supplied to all cooling satellites 20 via the first section P1 of the coolant path. A second section P2 of the coolant path each runs through a cooling satellite 20. A third section P3 of the coolant path determines the path of the coolant in the second level 102 and leads from the coolant outlets 22 of the cooling satellites 20 to the coolant outlet 12 of the distribution unit 10 or the second level 102.
Das in der Figur 12 schematisch gezeigte Prinzip entspricht der Variante in
Figur 13, bei welcher sichtbar ist, dass sich ein Abschnitt der Zuleitung 24 durch eine zweite Ebene 102 hindurch in eine erste Ebene 101 der Verteiler einheit 10 erstreckt und ein Abschnitt der Ableitung 25 sich nur bis in die zweite Ebene 102, nicht aber in die erste Ebene 101 erstreckt. Die Ebenen 101 , 102 der Verteilereinheit 10 sind dabei nicht vollkommen deckungsgleich ausgebildet, bestimmen jedoch jeweils Abschnitte, in welchen die Ebenen 101, 102 unmittelbar aneinander angrenzen. Die Verteilereinheit 10 bzw. die Ebenen 101, 102 bestimmen zudem zur Material- und Gewichtseinsparung Freiräume 15. Vorteilhaft ist hierbei, dass auch Abschnitte vorgesehen sein können, in welchen nur eine der Ebenen 101, 102 vorhanden ist. The principle shown schematically in FIG. 12 corresponds to the variant in FIG 13, in which it is visible that a section of the supply line 24 extends through a second level 102 into a first level 101 of the distribution unit 10 and a section of the discharge line 25 extends only into the second level 102, but not into the first level 101 extends. The planes 101, 102 of the distribution unit 10 are not designed to be completely congruent, but each define sections in which the planes 101, 102 directly adjoin one another. The distributor unit 10 or the levels 101, 102 also determine free spaces 15 in order to save material and weight. It is advantageous here that sections can also be provided in which only one of the levels 101, 102 is present.
In Figur 14 ist eine Variante der Kühlvorrichtung 1 bzw. des Systems V dar gestellt, bei welcher die Verteilereinheit 10 aus zwei zueinander beabstandeten Ebenen 101, 102 gebildet wird. Die Ebenen 101, 102 sind strömungstechnisch durch die Kühl-Satelliten 20 verbunden, wobei die Kühl- flüssigkeit bzw. das Kühlmittel von dem Kühlmitteleingang 11 in der ersten Ebene 11 entlang des Abschnitts P1 des Kühlmittelpfades P auf alle Kühl- Satelliten 20 verteilt wird, das Kühlmittel entlang des jeweiligen Abschnitts P2 des Kühlmittelpfades P durch die Kühl-Satelliten 20 fließt und dabei Wärme aufnimmt und das Kühlmittel entlang des Abschnitts P3 des Kühlmittelpfades in der zweiten Ebene 102 gesammelt und zu dem Kühlmittelausgang 12 der Verteilereinheit 10 geleitet wird. FIG. 14 shows a variant of the cooling device 1 or of the system V, in which the distributor unit 10 is formed from two planes 101, 102 spaced apart from one another. The levels 101, 102 are fluidically connected by the cooling satellites 20, the cooling liquid or the coolant being distributed from the coolant inlet 11 in the first level 11 along the section P1 of the coolant path P to all cooling satellites 20, which Coolant flows along the respective section P2 of the coolant path P through the cooling satellites 20 and thereby absorbs heat and the coolant is collected along the section P3 of the coolant path in the second level 102 and conducted to the coolant outlet 12 of the distribution unit 10.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
The implementation of the invention is not restricted to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different designs.
Claims
Patentansprüche Claims
1. Kühlvorrichtung (1 ) zur Kühlung einer Vielzahl von auf einer Platine (2) angeordneten und Wärme abgebenden Elektronikkomponenten (3), wobei die Kühlvorrichtung (1) eine Verteilereinheit (10) und zu mindest einen Kühl-Satelliten (20) aufweist, wobei die Verteilereinheit einen Kühlmitteleingang (11) und ei nen Kühlmittelausgang (12) aufweist und von seinem Kühlmitteleingang (11) zu seinem Kühlmittelausgang (12) entlang eines vorbe stimmten und festen Kühlmittelpfades (P) von einem Kühlmittel durchströmbar ist, wobei der zumindest eine Kühl-Satellit (20) in einer gegenüber der Verteilereinheit (10) vorbestimmten räumlichen Position an der Verteilereinheit (10) fixiert ist und einen Kühlkörper (23), einen Kühl mitteleingang (21) sowie einen Kühlmittelausgang (22) aufweist, wobei der Kühlkörper (23) flächig mit zumindest einer Elektro nikkomponente (3) der Vielzahl von Elektronikkomponenten (3) kontaktierbar und der Kühl-Satellit (20) von seinem Kühlmitteleingang (21) zu seinem Kühlmittelausgang (22) von dem Kühlmittel entlang des Kühlmittelpfades (P) durchströmbar ist, wobei der Kühlmittelpfad (P) durch die Verteilereinheit (10) und den zumindest einen Kühl-Satelliten (20) sowie abschnittsweise ent lang des Kühlkörpers (23) des Kühl-Satelliten (20) verläuft. 1. Cooling device (1) for cooling a large number of electronic components (3) which are arranged on a circuit board (2) and emit heat, the cooling device (1) having a distribution unit (10) and at least one cooling satellite (20), wherein the distributor unit has a coolant inlet (11) and a coolant outlet (12) and a coolant can flow through it from its coolant inlet (11) to its coolant outlet (12) along a predetermined and fixed coolant path (P), with the at least one coolant Satellite (20) is fixed in a spatial position relative to the distribution unit (10) predetermined on the distribution unit (10) and has a heat sink (23), a coolant inlet (21) and a coolant outlet (22), the heat sink (23) flat with at least one electronic component (3) of the plurality of electronic components (3) contactable and the cooling satellite (20) from its coolant inlet (21) to its coolant The coolant can flow through the outlet (22) along the coolant path (P), the coolant path (P) passing through the distributor unit (10) and the at least one cooling satellite (20) and in sections along the cooling body (23) of the cooling system. Satellite (20) runs.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verteilereinheit (10) flächig oder rahmenförmig aus- gebildet ist. 2. Cooling device according to claim 1, wherein the distribution unit (10) is flat or frame-shaped.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verteilereinheit (10) eine Kühlfläche (13) aufweist, welche bei einer bestimmungsgemäßen Nutzung den Elektronikkom-
ponenten (3) auf der Platine (2) zugewandt ist. 3. Cooling device according to claim 1 or 2, wherein the distribution unit (10) has a cooling surface (13) which, when used as intended, the electronic component facing components (3) on the board (2).
4. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verteilereinheit (10) in ihrem Inneren zumindest einen den Kühlmittelpfad (P) bestimmenden Kühlkanal (14) aufweist. 5. Kühlvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kühlkanal (14) mehrteilig ausgeführt ist und sich ein erster Teil (141) des Kühlkanals (14) von dem Kühlmitteleingang (11) der Verteilereinheit (10) zu dem Kühlmitteleingang (21) eines Kühl- Satelliten (20) und sich ein zweiter Teil (142) des Kühlkanals (14) von dem Kühlmittelausgang (22) eines Kühl-Satelliten (20) zu dem Kühl mittelausgang (12) der Verteilereinheit (10) erstreckt. 4. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the distributor unit (10) has in its interior at least one cooling channel (14) which determines the coolant path (P). 5. Cooling device according to the preceding claim, wherein the cooling channel (14) is designed in several parts and a first part (141) of the cooling channel (14) extends from the coolant inlet (11) of the distributor unit (10) to the coolant inlet (21) of a cooling system. Satellite (20) and a second part (142) of the cooling channel (14) extends from the coolant outlet (22) of a cooling satellite (20) to the coolant outlet (12) of the distribution unit (10).
6. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, wobei der Kühlkanal (14) mäanderförmig in der Verteilereinheit (10) verläuft. 7. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verteilereinheit (10) zwei voneinander getrennte und strömungstechnisch nur durch den zumindest einen Kühl-Satelliten (20) verbundene von dem Kühlmittel durchströmbare Ebenen (101, 102) aufweist, wobei der Kühlmitteleingang (21) jedes Kühl-Satelliten (20) strömungstechnisch unmittelbar mit einer ersten Ebene (101) der zwei Ebenen (101, 102) und der Kühlmittelausgang (22) jedes Kühl- Satelliten (20) strömungstechnisch unmittelbar mit einer zweiten Ebe ne (102) der zwei Ebenen (101, 102) verbunden ist, und wobei der Kühlmitteleingang (11) der Verteilereinheit (10) in der ersten Ebene (101) und der Kühlmittelausgang (12) der Verteilereinheit in der zweiten Ebene (102) vorgesehen ist.
8. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Kühl-Satellit (20) zumindest eine rohrförmige Zulei tung (24), welche den Kühlmitteleingang (21) des Kühl-Satelliten (20) strömungstechnisch mit dem Kühlkörper (23) verbindet, und eine rohr- förmige Ableitung (25), welche den Kühlkörper (23) strömungstech nisch mit dem Kühlmittelausgang (22) des Kühl-Satelliten (20) verbin det, aufweist, die Zuleitung (24) und die Ableitung (25) jeweils einen Abschnitt des Kühlmittelpfades (P) bestimmen und der Kühl-Satellit (20) durch die Zuleitung (24) und die Ableitung6. Cooling device according to one of the preceding claims 4 or 5, wherein the cooling channel (14) runs in a meandering shape in the distributor unit (10). 7. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the distributor unit (10) has two planes (101, 102) through which the coolant can flow, which are separated from one another and are fluidically connected only by the at least one cooling satellite (20), wherein the coolant inlet (21) each cooling satellite (20) fluidically directly with a first level (101) of the two levels (101, 102) and the coolant outlet (22) of each cooling satellite (20) fluidically directly with a second level (102) of the two levels (101, 102) is connected, and wherein the coolant inlet (11) of the distribution unit (10) is provided in the first level (101) and the coolant outlet (12) of the distribution unit is provided in the second level (102). 8. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein a cooling satellite (20) at least one tubular feed device (24) which fluidly connects the coolant inlet (21) of the cooling satellite (20) to the heat sink (23), and a tubular discharge line (25) which fluidically connects the heat sink (23) with the coolant outlet (22) of the cooling satellite (20), the feed line (24) and the discharge line (25) each have a section of the coolant path Determine (P) and the cooling satellite (20) through the supply line (24) and the discharge
(25) mit der Verteilereinheit (10) verbunden und an ihr fixiert ist sowie in der vorbestimmten Position gegenüber der Verteilereinheit (10) gehalten wird. (25) is connected to the distribution unit (10) and fixed to it and is held in the predetermined position with respect to the distribution unit (10).
9. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Kühl-Satellit (20) angrenzend an den9. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the at least one cooling satellite (20) is adjacent to the
Kühlkörper (23) einen Hohlraum (26) ausbildet, welcher einen Ab schnitt des Kühlmittelpfades bestimmt und von den Kühlmittel durchströmbar ist, wobei der zumindest eine Kühl-Satellit in dem Hohlraum (26) mit dem Kühlkörper (23) verbundene Kühlrippen (27) aufweist. Heat sink (23) forms a cavity (26) which defines a section of the coolant path and can be traversed by the coolant, the at least one cooling satellite in the cavity (26) having cooling fins (27) connected to the heat sink (23) .
10. Kühlvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen 8 und 9, wobei die Kühlrippen (27) sich in die Zuleitung (24) und/oder die Ableitung (25) hinein erstrecken. 10. Cooling device according to the preceding claims 8 and 9, wherein the cooling fins (27) extend into the supply line (24) and / or the discharge line (25).
11.Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Verteilereinheit (10) Verbindungselemente zur Fi xierung der Verteilungseinheit (10) an der Platine (2) vorgesehen sind, wobei die Verbindungselemente gegenüber dem zumindest ei nen Kühl-Satelliten (20) eine vorbestimmte Position aufweisen und
die Verteilereinheit (10) in einer vorbestimmten Position gegen über der Platine (2) und die Kühl-Satelliten (20) in einer vorbestimm ten Position gegenüber der Elektronikkomponenten (3) anordenbar sind. 12. System (1‘) mit einer Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorherge henden Ansprüche und einer Platine (2) mit darauf angeordneten und Wärme abgebenden Elektronikkomponenten (3), wobei die Verteilereinheit (10) der Kühlvorrichtung (1) eine vorbestimmte Position gegenüber der Platine (2) aufweist und der zumin- dest eine Kühl-Satellit (20) mit seinem Kühlkörper (23) mit zumindest einer der Elektronikkomponenten (3) in Kontakt ist. 11. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein on the distribution unit (10) connecting elements for fixing the distribution unit (10) on the board (2) are provided, the connecting elements relative to the at least one cooling satellite (20) having a predetermined value Position and the distribution unit (10) in a predetermined position relative to the board (2) and the cooling satellite (20) can be arranged in a predetermined position relative to the electronic components (3). 12. System (1 ') with a cooling device (1) according to one of the preceding claims and a circuit board (2) with electronic components (3) arranged thereon and emitting heat, wherein the distributor unit (10) of the cooling device (1) has a predetermined position opposite the board (2) and the at least one cooling satellite (20) with its cooling body (23) is in contact with at least one of the electronic components (3).
13. System nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Verteilereinheit (10) flächig als eine Verteilerplatte ausgebildet und parallel in einem vorbestimmten Abstand zu der Plati- ne (2) angeordnet ist und der zumindest eine Kühl-Satellit (20) zwi schen der Platine (2) und der Verteilerplatte (10) angeordnet ist, wobei sich eine Zuleitung (24) und eine Ableitung (25) des Kühl-Satelliten (20) orthogonal zu der Platine (2) zu der Verteilerplatte (10) erstre cken, oder die Verteilereinheit (10) rahmenförmig ausgebildet ist und die13. System according to the preceding claim, wherein the distribution unit (10) is flatly designed as a distribution plate and is arranged in parallel at a predetermined distance from the board (2) and the at least one cooling satellite (20) between the board ( 2) and the distribution plate (10), a supply line (24) and a discharge line (25) of the cooling satellite (20) extending orthogonally to the circuit board (2) to the distribution plate (10), or the distribution unit (10) is frame-shaped and the
Platine (2) und/oder die auf ihr angeordneten Elektronikkomponenten (3) zumindest abschnittsweise umläuft. The circuit board (2) and / or the electronic components (3) arranged on it rotates at least in sections.
14. System nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das System (1‘) ein Gehäuse (30) vorsieht und die Plati- ne (2) und/oder die Verteilereinheit (10) integral einen Abschnitt des14. System according to one of the two preceding claims, wherein the system (1 ‘) provides a housing (30) and the board (2) and / or the distribution unit (10) integrally a portion of the
Gehäuses (30) bilden, wobei die Elektronikkomponenten (3) und der zumindest eine Kühl-Satellit (20) in einem von dem Gehäuse (30) gebildeten Innen-
raum angeordnet sind. Form housing (30), the electronic components (3) and the at least one cooling satellite (20) in an interior formed by the housing (30) space are arranged.
15. System nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Verteilereinheit (10) eine Kühlfläche (13) aufweist, welche integral eine zu dem Innenraum gewandte Innenfläche des Gehäuses (30) bildet. 15. System according to the preceding claim, wherein the distributor unit (10) has a cooling surface (13) which integrally forms an inner surface of the housing (30) facing the interior space.
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