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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für elektronische Baueinheiten, die mindestens eine zu kühlende elektronische Baukomponente aufweisen.
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Elektronische Baueinheiten, die zu kühlende elektronische Baukomponenten aufweisen, wie beispielsweise Platinen mit Prozessoren von Computern, müssen für einen geregelten Betrieb und insbesondere zur Vermeidung der Gefahr einer ungewollten Überhitzung gekühlt werden.
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Neben luftgekühlten Systemen existieren auch Flüssigkeitskühlungen. Diese flüssigkeitsbasierten Entwärmungssysteme haben grundsätzlich den Vorteil, dass die Wärmeableitung mit verglichen mit den luftgekühlten Systemen geringerem Energieaufwand möglich ist, da beispielsweise elektrisch betriebene Lüfter nicht notwendig sind. Durch die flüssigkeitsbasierten Entwärmungssysteme ist eine vorteilhafte Wärmeverteilung innerhalb des Entwärmungssystems möglich, wobei nur geringe Temperaturdifferenzen zwischen den Wärmequellen und dem Entwärmungssystem bestehen, so dass die Gefahr von ungewollten Überhitzungen einzelner Bauteile stark verringert wird. Insgesamt kann das Temperaturniveau des gesamten Systems deutlich angehoben werden. Ein hohes Temperaturniveau führt wiederum dazu, dass die Effizienz für die Entwärmung gesteigert werden kann, wobei gleichzeitig die mittels des Entwärmungssystems abtransportierte Wärmeenergie anschließend genutzt werden kann. Beispielsweise bei Großrechneranlagen entsteht eine große Menge an Abwärme, die, sofern sie auf einem entsprechenden Energieniveau ist, beispielsweise zu Heizzwecken in Gebäuden verwendet werden kann.
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Darüber hinaus kann in flüssigkeitsbasierten Entwärmungssystemen ein Kühlmittel eingesetzt werden, das eine hohe Wärmekapazität besitzt, so dass Systeme mit hoher Leistungsdichte eingesetzt werden können, was zu einer Platz- und Materialersparnis führt.
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Bei den bekannten Flüssigkeitssystemen werden Metallkühlflächen mit integrierten Flüssigkeitskanälen verwendet, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium.
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Das Einbringen von Kühlkanälen in die Metallkühlflächen ist jedoch mit einem hohen fertigungstechnischen Aufwand verbunden. Ferner ist der Einsatz von Kupfer als Basismaterial aufgrund der hohen Materialkosten von Kupfer ungünstig, so dass die vorbekannten Kühlsysteme insgesamt zu hohen Fertigungskosten führen.
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Bekannten Kühlflächen sind ferner geometrisch und fertigungstechnisch Grenzen gesetzt, so dass die Kühlelemente in der Regel größer ausgeführt werden müssen, als technisch eigentlich notwendig. Auch der bei den vorbekannten Kühlsystemen mögliche Verlauf der Kühlkanäle ist technisch begrenzt, so dass der Druckabfall und die Strömungswiderstände der Kühlkanäle relativ hoch sind, was durch eine entsprechende Pumpleistung ausgeglichen werden muss, wobei die maximal erreichbare Abwärmetemperatur, die ohne unzulässige Temperaturen in den zu kühlenden Baukomponenten erreichbar ist, relativ gering ist.
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Die Verwendung von Metall führt darüber hinaus zu einer signifikanten Erhöhung des Gewichts des gesamten Systems, so dass beispielsweise bei Hochleistungsrechnern mit hoher Leistungsdichte die zulässige Bodenlast überschritten werden kann, was zu einer Einschränkung der Konstruktion derartiger Rechneranlagen führt. Bei bekannten Kühlkonzepten wird die Flüssigkeitskühlung zumeist nur bei den Komponenten mit hoher Leistungsaufnahme verwendet. Bauteile mit mittlerer oder niedriger Leistungsaufnahme werden weiterhin konventionell, d. h. beispielsweise über eine luftbasierte Kühlung, entwärmt.
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Die Verwendung von Metallen als Kühlkörper bringt ferner die Notwendigkeit einer Isolation gegenüber elektronischen Baugruppen mit sich, um die Funktionstüchtigkeit des Systems nicht zu beeinträchtigen. Diese Maßnahmen führen zu zusätzlichen Kosten für Testprozeduren und insbesondere bei der Fertigung.
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Auch chemische Prozesse, wie beispielsweise Korrosionsprozesse, können zu einer Veränderung des Kühlkörpers führen, was die Leistung des Kühlkörpers in der Nutzungszeit beeinflussen kann. Auch können giftige chemische Verbindungen zwischen dem Kühlmedium und den Oberflächen des Kühlkörpers entstehen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlsystem für elektronische Baueinheiten, die mindestens eine zu kühlende elektronische Baukomponente aufweisen, zu schaffen, bei dem eine Vielzahl der zuvor aufgezeigten Probleme vermieden werden und bei dem eine Nutzung der Abwärme in vorteilhafter Weise möglich ist.
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Das erfindungsgemäße Kühlsystem ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Beim erfindungsgemäßen Kühlsystem für elektronische Baueinheiten, die mindestens eine zu kühlende elektronische Baukomponente aufweisen, mit mindestens einem Kühlkörper zur Flüssigkeitskühlung der elektronischen Baukomponente, wobei der Kühlkörper mindestens einen in den Kühlkörper integrierten Kühlkanal zur Durchleitung eines Kühlmittelfluids aufweist, ist vorgesehen, dass der Kühlkörper an die Form der elektronischen Baukomponente angepasst ist und der Kühlkörper im auf die elektronische Baukomponente aufgesetzten Zustand diese zumindest teilweise umschließt, und dass der Kühlkanal vorzugsweise einen an die Wärmeentwicklung der elektronischen Baukomponente angepassten Verlauf aufweist, wobei der Kühlkörper in einem Additivverfahren hergestellt ist. Der Kühlkörper besitzt somit eine an die Form der elektronischen Baukomponente angepasste Negativkontur, so dass der Kühlkörper auf die elektronische Baukomponente aufgesetzt werden kann. Dadurch ist eine Kühlung der elektronischen Baukomponente mittels des durch den Kühlkanal geleiteten Kühlmittelfluids in vorteilhafter Weise möglich.
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Dadurch, dass der Kühlkanal einen an die Wärmeentwicklung der elektronischen Baukomponente angepassten Verlauf aufweist, kann der Verlauf des Kühlkanals und somit der Kühlkörper thermodynamisch optimiert sein, so dass der Kühlkanal Kühlmittelfluid mit niedrigerer Temperatur an Stellen der elektronischen Baukomponente leitet, die die höchste Temperatur entwickeln. Dadurch kann das gesamte Temperaturniveau des Kühlsystems erhöht werden, wobei gleichzeitig eine unzulässige Überhitzung der elektronischen Baukomponente vermieden wird. Die von dem Kühlsystem abgeführte Wärmeenergie kann somit in vorteilhafter Weise genutzt werden.
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Durch die Herstellung des Kühlkörpers in einem Additivverfahren, das auch als 3D-Druckverfahren oder Materialablagerungsverfahren bekannt ist, sind der Formgebung des Kühlkörpers nahezu keine Grenzen gesetzt. Darüber hinaus können die Kühlkanäle in besonders vorteilhafter Weise mit einem nahezu beliebigen Verlauf geschaffen werden. Die aufgrund der geometrischen und fertigungstechnischen Grenzen bei der Schaffung der Kühlkörper im Stand der Technik bestehenden Unzulänglichkeiten sind somit überwunden.
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Aufgrund des technischen Fortschrittes bei Additivverfahren sind mittels dieses Verfahrens hergestellte Objekte kostengünstig herstellbar, so dass die Fertigungskosten des erfindungsgemäßen Kühlkörpers und somit des erfindungsgemäßen Kühlsystems gering gehalten werden können.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kühlkörper aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff besteht. Die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs kann beispielsweise durch die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Additive erreicht werden. Der wärmeleitfähige Kunststoff ist vorzugsweise elektrisch isolierend, so dass eine Berührung des Kunststoffs mit der elektronischen Baukomponente problemlos möglich ist.
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Die Verwendung eines derartigen Kühlkörpers hat den Vorteil, dass ein Kühlsystem von einem geringen Gewicht geschaffen werden kann, wobei gleichzeitig die Notwendigkeit einer elektrischen Isolation sowie die Gefahr von chemischen Reaktionen des Kühlkörpers mit der Umwelt und/oder mit dem Kühlmittelfluid gering gehalten wird. Der Einsatz von Kunststoff führt somit zu einem weitgehend neutralen Reaktionsverhalten zwischen Kühlmittelfluid und Kühlkörper, was sich positiv auf die Standzeit beider Komponenten auswirkt. Als Kunststoff kann beispielsweise modifiziertes Polyamid, beispielsweise modifiziertes PA 6.12, verwendet werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kunststoff eine mittlere Wärmeleitfähigkeit von mindestens 2 W/mK, vorzugsweise mindestens 5 W/mK oder mindestens 10 W/mK, besitzt.
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Als die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Additive können beispielsweise Bornitride verwendet werden.
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Ein Kühlkörper, der aus einem derartigen Material hergestellt ist, kann somit in vorteilhafter Weise einen Wärmeübergang von der zu kühlenden elektronischen Baukomponente auf das Kühlmittelfluid ermöglichen.
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Die Verwendung von Kunststoff hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Bandbreite von einsetzbaren Kühlmittelfluids wesentlich größer ist, als bei den bekannten Kühlkörpern, da der Kunststoff positive chemische Eigenschaften im Hinblick auf mögliche Kühlmittelfluids besitzt.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist vorgesehen, dass der Kühlkanal in Flussrichtung des Kühlmittelfluids von Bereichen der elektronischen Baukomponente mit der größten Wärmeentwicklung zum Erreichen der elektronischen Baukomponente mit der kleinsten Wärmeentwicklung verläuft. Bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem ist somit ein Kühlkanalverlauf möglich, der thermodynamisch optimal ist, da das Kühlmittelfluid in einem Bereich nahe des Eintritts in den Kühlkanal die niedrigste Temperatur aufweist und somit Kühlmittelfluid mit niedriger Temperatur zunächst in die Bereiche der elektronischen Baukomponente mit der größten Wärmeentwicklung geführt wird. Dadurch kann das Temperaturniveau des Gesamtsystems erhöht werden, wodurch die Abwärme, die von dem Kühlsystem abgeführt wird, auf einem Energieniveau ist, das für eine Nachnutzung, beispielsweise zu Heizzwecken in Gebäuden, in vorteilhafter Weise nutzbar ist.
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Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann auch vorsehen, dass der Kühlkörper an die Form mehrerer elektronischer Baukomponenten angepasst ist und im auf die mehreren elektronischen Baukomponenten aufgesetzten Zustand diese zumindest teilweise umschließt. Der Kühlkörper weist somit die Negativkontur der mehreren elektronischen Baukomponenten auf, so dass der Kühlkörper in vorteilhafter Weise auf die mehreren elektronischen Baukomponenten aufgesetzt werden kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Kühlkörper mehrere Kühlkanäle aufweist, wobei der Verlauf der Kühlkanäle an die Wärmeentwicklung der mehreren elektronischen Baukomponenten angepasst ist. Beispielsweise können die Kühlkanäle einen Verlauf aufweisen, bei dem in Flussrichtung des Kühlmittelfluids von elektronischen Baukomponenten mit der größten Wärmeentwicklung zu elektronischen Baukomponenten mit der kleinsten Wärmeentwicklung vorgesehen ist. Ein derartiger Verlauf ist thermodynamisch besonders vorteilhaft. Ferner können mit einem derartigen Kühlkörper auch elektronische Baukomponenten mit mittlerer oder niedrigerer Leistungsaufnahme, die gemäß dem Stand der Technik bisher luftbasiert gekühlt worden sind, gekühlt werden. Derartige Baukomponenten können beispielsweise Spannungswandler, Steuerungsbauteile, Schnittstellensteuerungen oder Festplatten sein.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Kühlkörper an die Form einer Baueinheit angepasst ist. Beispielsweise kann eine Baueinheit eine Hauptplatine eines Rechnersystems sein. Der Kühlkörper kann beispielsweise über Fixierungsschrauben an der Baueinheit befestigt sein, so dass er mit der Baueinheit eine verwindungssteife Einheit bildet. Über die Fixierungsschrauben kann beispielsweise ein für ein Anliegen des Kühlkörpers an den zu kühlenden Baukomponenten notwendiger Anpressdruck erzeugt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Kühlkanal auf der der elektronischen Baukomponente zugewandten Seite durch eine Wandung begrenzt ist, deren Dicke maximal 1 mm, vorzugsweise maximal 0,5 mm beträgt. Eine derartige Wanddicke ist mit dem für die Herstellung des Kühlkörpers eingesetzten Additivverfahren problemlos verwirklichbar.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene dünne Wandungsdicke zwischen Kühlkanal und der zu kühlenden elektronischen Baukomponente wird erreicht, dass ein Wärmeübertrag von elektronischen Baukomponenten auf ein durch den Kühlkanal geleitetes Kühlmittelfluid auch bei lediglich moderat wärmeleitendem Material des Kühlkörpers in vorteilhafter Weise möglich ist. Bei dem Stand der Technik wurde bisher grundsätzlich davon ausgegangen, dass für einen Kühlkörper ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit notwendig ist. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion eines Kühlkörpers wird nunmehr auch ein Einsatz von Materialien mit lediglich einer moderaten Wärmeleitfähigkeit beispielsweise zwischen 2 W/mK und 5 W/mK möglich.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlkörper zumindest einen Teil eines Gehäuses der elektronischen Baueinheit bildet. Auch ist es möglich, dass über ein Kühlsystem mehrere elektronische Baueinheiten gekühlt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Kühlkörper einen Teil eines Gehäuses von mehreren elektronischen Baueinheiten bildet. Der erfindungsgemäße Kühlkörper kann somit in die Gehäusestruktur eines oder mehrerer Baueinheiten integriert werden, wodurch Teile der Gehäusestruktur eingespart werden können, da diese durch den eine Doppelfunktion ausübenden Kühlkörper ersetzt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist vorgesehen, dass in dem Kühlkörper eine Platte eingesetzt ist, die aus einem Material mit einer gegenüber dem Material des Kühlkörpers höheren Wärmeleitfähigkeit besteht, wobei die Platte im auf die elektronische Baukomponente aufgesetzten Zustand an dieser anliegt. Mittels der Platte kann, insbesondere bei elektronischen Baukomponenten mit einer hohen Leistungsdichte, die Wärmeübertragung auf den Kühlkörper verbessert werden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Platte eine größere Abmessung als eine dem Kühlkörper zugewandte Fläche der elektronischen Baukomponente, an der die Platte anliegt, aufweist. Dadurch wird erreicht, dass über eine größere Fläche die Wärme von der zu kühlenden elektronischen Baukomponente auf den Kühlkörper übertragen werden kann.
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Beispielsweise können im gesamten Bereich der von der elektronischen Baukomponente abgewandten Seite der Platte Kühlkanäle angeordnet sein. Insbesondere bei Bauteilen mit extremer Leistungsdichte, wie beispielsweise CPUs, kann somit erreicht werden, dass auch bei dem Einsatz von einem Material mit begrenzter Wärmeleitfähigkeit eine ausreichende Wärmeübertragung in den Kühlkörper erfolgt. Die Platte kann eine Metallplatte sein, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium.
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Das erfindungsgemäße Kühlsystem für elektronische Baueinheiten kann durch ein Verfahren mit folgenden Schritten hergestellt werden:
- – Bestimmen der Wärmeentwicklung einer zu kühlenden elektronischen Baukomponente im Betrieb;
- – Bestimmen der Form der zu kühlenden elektronischen Baukomponente;
- – Herstellen eines Kühlkörpers mit mindestens einem Kühlkanal im Additivverfahren, wobei der Kühlkörper an die Form der elektronischen Baukomponente angepasst ist und der Kühlkörper im auf die elektronische Baukomponente aufgesetzten Zustand diese zumindest teilweise umschließt, und wobei der Kühlkanal einen an die Wärmeentwicklung der elektronischen Baukomponente angepassten Verlauf aufweist.
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Die zu kühlende Baukomponente wird somit im Hinblick auf die Wärmeentwicklung und ihre Form vermessen und ein daran angepasster Kühlkörper wird im Additivverfahren, beispielsweise mittels eines 3D-Druckers, hergestellt. Der Kühlkörper weist dabei eine Negativkontur der Form der zu kühlenden elektronischen Baukomponente auf, so dass der Kühlkörper auf die elektronische Baukomponente aufgesetzt werden kann. Der Verlauf des Kühlkanals ist an die Wärmeentwicklung der elektronischen Baukomponente angepasst, so dass ein thermodynamisch optimierter Kühlkörper erstellt werden kann. Durch die Verwendung des Additivverfahrens zur Herstellung des Kühlkörpers sind der Form des Kühlkörpers und dem Verlauf der Kühlkanäle nahezu keine Grenzen gesetzt, so dass beispielsweise geringe Distanzen zwischen der zu kühlenden elektronischen Baukomponente und dem Kühlkanal geschaffen werden können. Beispielsweise können Wandungen zwischen dem Kühlkanal und der elektronischen Baukomponente von 1 mm und weniger geschaffen werden, wodurch ein vorteilhafter Wärmeübertrag zwischen der elektronischen Baukomponente und dem Kühlkanal geschaffen werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wärmeentwicklung der zu kühlenden elektronischen Baukomponente mittels eines 2D-Thermografie-Scans bestimmt wird. Auf diese Weise kann in vorteilhafter Weise die Wärmeentwicklung im Betrieb bestimmt werden, wobei die mittels des Thermografie-Scans ermittelten Daten in vorteilhafter Weise genutzt werden können, um den Verlauf des Kühlkanals an die Wärmeentwicklung anzupassen.
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In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Form der zu kühlenden elektronischen Baukomponente mittels eines optischen 3D-Scans bestimmt wird. Aus dem optischen 3D-Scan kann in vorteilhafter Weise ein 3D-Profil der elektronischen Baukomponente geschaffen werden, das zur Erstellung der Negativkontur in dem Kühlkörper in vorteilhafter Weise verwendet werden kann.
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In einer Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass beim Herstellen des Kühlkörpers eine Platte, die aus einem Material in einer gegenüber dem Material des Kühlkörpers höheren Wärmeleitfähigkeit besteht, in den Kühlkörper integriert wird. Die Platte kann beispielsweise an der Außenfläche des Kühlkörpers im Bereich einer der zu kühlenden elektronischen Baukomponente zugewandten Fläche des Kühlkörpers angeordnet sein. Die im Rahmen der Erfindung verwendete Platte kann beispielsweise aus Metall bestehen, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium. Bei einer derartigen Platte wird erreicht, dass in dem Kühlkörper die von einer elektronischen Baukomponente auf den Kühlkörper übertragene Wärme auf eine größere Fläche übertragen werden kann, so dass die Wärmenergie besser von dem Kühlkörper aufgenommen und abgeführt werden kann.
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Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass der Kühlkanal in Flussrichtung eines Kühlmittelfluids von Bereichen der elektronischen Baukomponente mit der größten Wärmeentwicklung zu Bereichen der elektronischen Baukomponente mit der kleinsten Wärmeentwicklung verläuft. Ein derartiger Verlauf ist thermodynamisch optimal, so dass mittels eines derartig hergestellten Kühlkörpers die Wärme der elektronischen Baukomponente in vorteilhafter Weise abgeführt werden kann, wobei gleichzeitig das in dem Kühlkörper verwendete Kühlmittelfluid auf einem Temperaturniveau ist, das in vorteilhafter Weise genutzt werden kann.
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Bei dem Verfahren können selbstverständlich auch Kühlkörper hergestellt werden, die an mehrere elektronische Baukomponenten angepasst sind. Dabei wird die Wärmeentwicklung aller zu kühlenden elektronischen Baukomponenten im Betrieb bestimmt. Auch wird die Form aller zu kühlenden elektronischen Baukomponenten ermittelt. Beim Herstellen des Kühlkörpers wird eine Negativkontur aller elektronischen Baukomponenten erstellt, so dass der Kühlkörper im auf die elektronischen Baukomponenten aufgesetzten Zustand diese zumindest teilweise umschließt. Diese Kühlkörper können einen oder mehrere Kühlkanäle aufweisen, deren Verlauf an die Wärmeentwicklung aller elektronischen Baukomponenten angepasst ist.
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Durch die Herstellung eines Kühlkörpers für mehrere elektronische Baukomponenten kann die Wärmeentwicklung der zu kühlenden elektronischen Baukomponenten mittels eines 2D-Thermografie-Scans bestimmt werden. Auch können die Formen der zu kühlenden elektronischen Baukomponenten mittels eines optischen 3D-Scans bestimmt werden.
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Die Erfindung sieht auch einen Kühlkörper für die Kühlung mehrerer elektronischer Baueinheiten vor, wobei die Form dieses Kühlkörpers sowohl an die Form der zu kühlenden elektronischen Baukomponenten als auch an die Form der elektronischen Baueinheiten angepasst ist, so dass der Kühlkörper in vorteilhafter Weise an den elektronischen Baueinheiten befestigt werden kann und die zu kühlenden elektronischen Baukomponenten zumindest teilweise umschließt.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Kühlsystems,
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2 eine schematische Schnittdarstellung eines Kühlkörpers des erfindungsgemäßen Kühlsystems und
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3 eine schematische Draufsicht auf eine zu kühlende Baukomponente zur Verdeutlichung des Verlaufs eines Kühlkanals eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 1 schematisch in einer Schnittdarstellung dargestellt. Das Kühlsystem besteht aus mehreren Kühlkörpern 3, die jeweils mit einer elektronischen Baueinheit 5 verbunden sind. Die elektronischen Baueinheiten 5 weisen jeweils mehrere zu kühlende elektronische Baukomponenten 7, 7a auf. Die elektronische Baueinheit 5 kann beispielsweise eine Elektronikplatine sein, die Prozessoren, Grafikchips und andere elektronische Baukomponenten trägt.
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Die elektronischen Baueinheiten 5 können zusammen beispielsweise eine Großrechneranlage bilden.
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Eine elektronische Baueinheit 5 ist zusammen mit einem Kühlkörper 3 in 2 schematisch im Schnitt dargestellt. Der Kühlkörper 3 weist eine an die elektronischen Baukomponenten 7, 7a sowie an die elektronische Baueinheit 5 angepasste Form auf, so dass der Kühlkörper 3 auf die elektronische Baueinheit 5 und somit auf die zu kühlenden elektronischen Baukomponenten 7 aufgesetzt werden kann. Im aufgesetzten Zustand umschließt der Kühlkörper 3 die zu kühlenden elektronischen Baukomponenten 7, 7a teilweise.
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Der Kühlkörper 3 weist dazu eine Negativkontur der elektronischen Baueinheit 5 und der zu kühlenden elektronischen Baukomponenten 7, 7a auf.
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Zur Erstellung der Negativkontur kann die Form der elektronischen Baueinheit 5 beispielsweise mittels eines optischen 3D-Scans ermittelt werden und aus diesen Daten kann der Kühlkörper 3 erstellt werden.
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Der Kühlkörper 3 weist mehrere in den Kühlkörper 3 integrierte Kühlkanäle 9 auf, durch die ein Kühlmittelfluid geleitet werden kann, um Wärmenergie der zu kühlenden elektronischen Baukomponenten 7, 7a aufzunehmen. Die Kühlkanäle weisen dabei einen Verlauf auf, der an die Wärmeentwicklung der elektronischen Baukomponenten 7, 7a angepasst ist.
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Die Kühlkörper 3 sind in einem 3D-Druckverfahren hergestellt. Dadurch ist die Einbringung der Kühlkanäle 9 in den Kühlkörper 3 auf einfache Art und Weise möglich, wobei ein beliebiger Verlauf der Kühlkanäle 9 geschaffen werden kann.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verlauf der Kühlkanäle derart gewählt, dass das Kühlmittelfluid mittels der Kühlkanäle 9 zunächst zu der elektronischen Baukomponente 7a, die die größte Wärmeentwicklung besitzt, geleitet wird. Anschließend werden die weiteren elektronischen Baukomponenten 7 gekühlt.
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Wie am besten in Verbindung mit 3 ersichtlich ist, in der der Verlauf der Kühlkanäle 9 oberhalb der elektronischen Baukomponente 7a gezeigt ist, wird das Kühlfluid über eine Zuleitung 9a zunächst in die Mitte der elektronischen Baukomponente 7a geleitet, wobei der Kühlkanal 9 einen schneckenförmigen Verlauf aufweist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die elektronische Baukomponente 7a in ihrer Mitte die größte Wärmeentwicklung aufweist, so dass der Verlauf der Kühlkanäle 9 von dem Bereich der größten Wärmeentwicklung der elektronischen Baukomponente 7a zu dem Bereich mit der kleinsten Wärmeentwicklung am Rand der elektronischen Baukomponente 7a verläuft. Ein derartiger Verlauf ist thermodynamisch vorteilhaft.
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Wie in 2 ersichtlich ist, kann auf der elektronischen Baukomponente 7a eine Platte 11 angeordnet sein, die auf der dem Kühlkörper 3 zugewandten Seite der elektronischen Baukomponente 7a aufliegt. Die Platte 11 besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise aus einem Metall. Über die Platte wird die von der elektronischen Baukomponente 7a erzeugte Wärmeleistung auf eine größere Fläche verteilt, so dass ein verbesserter Wärmeübergang auf den Kühlkörper 3 hervorgerufen wird.
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Der Kühlkörper 3 kann aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff bestehen, der die Wärmeleitfähigkeit verbessernde Additive aufweist. Die mittlere Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs kann beispielsweise mindestens 2 W/mK, vorzugsweise mindestens 5 W/mK, sein.
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Da der Kühlkörper 3 mittels eines Additivverfahrens hergestellt wird, können die Kühlkanäle 9 sehr dicht an der zu kühlenden Oberfläche des Kühlkörpers 3 verlaufen. Beispielsweise kann die Wandung 13, die zwischen einem Kühlkanal 9 und der zu kühlenden elektronischen Baukomponente 7 verläuft, eine Dicke D aufweisen, die maximal 0,5 mm beträgt. Dadurch ist ein vorteilhafter Wärmeübergang von der elektronischen Baukomponente auf das in den Kühlkanälen 9 vorhandene Kühlmittelfluid möglich.
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Der Kühlkörper 3 ist beispielsweise über eine nicht dargestellte Schraubverbindung mit der elektronischen Baueinheit 5 verbunden, wobei über die Schraubverbindung der notwendige Anpressdruck erzeugt wird, so dass die elektronische Baukomponenten 7, 7a an dem Kühlkörper 3 anliegen.
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Die elektronische Baueinheit 5 kann zusammen mit dem Kühlkörper 3 eine Einheit bilden, die gemeinsam in einer Halterung 15 eingesetzt wird. Dabei kann eine Schnellverbindung 17 vorgesehen sein, die eine tropffreie Verbindung der Zuleitung 9a sowie einer Ableitung der Kühlkanäle 9 mit Versorgungsleitungen 19 herstellt. Über die Schnellverbindung 17 kann ferner eine Stromversorgung für die elektronische Baueinheit 5 sowie eine Datenverbindung erfolgen.
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Die elektronische Baueinheit 5 kann zusammen mit dem Kühlkörper 3 in herkömmlicher Weise in die Halterung 15 eingesteckt werden, wobei neben der Versorgungsverbindung für den Kühlkörper 3 auch die notwendigen elektronischen Verbindungen für die elektronische Baueinheit 5 erfolgen.
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Der Kühlkörper 3 kann auch als Teil des Gehäuses einer oder mehrerer elektronischen Baueinheiten 5 dienen. Das aus mehreren elektronischen Baueinheiten 5 bestehende System kann beispielsweise auch staubdicht ausgebildet sein und eine Isolierung nach außen aufweisen. Auf diese Weise wird die gesamte Abwärme der in dem Gesamtsystem enthaltenen elektronischen Baukomponenten über das erfindungsgemäße Kühlsystem 1 abgeführt, wobei die abgeführte Wärmeenergie einer Nachnutzung, beispielsweise zu Heizzwecken in Gebäuden, zugeführt werden kann.
