DE4416616C2 - Gehäuse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 36 05 554 A1 ist ein Gehäuse bekannt, das zum Anbringen und Kühlen von wärmeerzeugenden, elektronischen Bauelementen vorgesehen ist. Die Bauelemente sind mittels einer Kontaktplatte von einem Kühlraum getrennt, der von Kühlmedium durchströmt und gegenüber dem Bauelemente- Aufnahmeraum abgedichtet ist. Das Kühlmedium wird, über einen Zulauf eintre­ tend, in einem Kanal geführt, der spiralförmig von radial außen nach radial innen läuft und, nach Durchgang durch den Mittenbereich des Kühlraums, sich wieder­ um spiralförmig von dort aus zu einem Ablauf erweitert. Es ist durch diese Art der Kanalführung jeweils ein zulaufseitiges Kanalsegment zwischen zwei ablauf­ seitigen bzw. ein ablaufseitiges Kanalsegment zwischen zwei zulaufseitigen an­ geordnet. Auf diese Weise kann bereits abfließendes, erwärmtes Kühlmedium durch das nachströmende frische Kühlmedium nochmals gekühlt werden, so daß über den Querschnitt des Kühlraums eine möglichst gleichmäßige Kühlwirkung erzielbar ist. Ein derartiger Kühlraum versagt aber, wenn er für Bauelemente, die unterschiedlich starke Kühlwirkungen erfordern, Verwendung findet. In diesem Fall würde ein eine große Hitze erzeugendes Bauelement ebenso gekühlt wie ei­ nes, das lediglich wenig Wärme erzeugt. Eine Überhitzung des erstgenannten könnte die Folge sein.

In der DE 30 40 776 A1 ist ein weiteres Gehäuse mit spiralförmig verlaufenden Kühlkanälen beschrieben, wobei im Gegensatz zum Gegenstand der zuvor behan­ delten OS ein spiralförmig von radial außen nach innen laufender Kanal räumlich getrennt sein kann nach einem ebenfalls spiralförmig von radial innen nach außen laufenden Kanal. Durch die Trennung der beiden Kanäle und Anordnung derselben auf unterschiedlichen Seiten eines wärmeerzeugenden Bauelements ist dieses zwar beidseitig kühlbar, jedoch würde auch dieser Kühlraum versagen, wenn er für Bauelemente unterschiedlich starker Wärmeerzeugung eingesetzt würde. Für ein Gehäuse mit derartigen Bauelementen könnte auch der Gegenstand gemäß der US 4 712 158 A keinen weitergehenden Beitrag leisten, bei dem ein Kühl­ raum entlang seiner gesamten Breite von einem Kühlkanal durchzogen ist, der eine Mehrzahl von Umlenkungen aufweist. An diesen Umlenkungen ist, ebenso wie an Querschnittsverengungen, die jeweils im Bereich wärmeerzeugender Bau­ elemente vorgesehen sind, eine Turbulenzbildung bzw. eine Erhöhung der Strö­ mungsgeschwindigkeit erzielbar, wodurch ein besserer Wärmeaustausch erreicht wird, jedoch ist nicht vorgesehen, Bauelemente unterschiedlicher Wärmeentwick­ lung in jeweils optimaler Weise zu kühlen. Eine Lösung hierzu wird auch durch die DE-OS 16 39 047 nicht angeboten, bei welcher ebenfalls ein Kanal mit einer Mehrzahl von Strömungsumlenkungen vorgesehen ist. Dieser weist, jeweils im Erstreckungsbereich eines wärmeerzeugenden Bauelements, eine zweiteilige Ausbildung auf, bei welcher Stege einer Kanalhälfte jeweils mit Ausnehmungen der anderen Kanalhälfte fluchten. Auf diese Weise wird eine stärkere Turbulenz­ bildung erzielt.

In der US 4 899 256 A ist nochmals ein Gehäuse zum Kühlen von wärmeerzeu­ genden Bauelementen vorgesehen, deren Wärme über eine wärmeverteilende Platte an Kühlrippen für eine Abstrahlung an die Umgebungsluft übertragen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse mit einem zum Einbau von vorzugsweise elektronischen Komponenten vorgesehenen Aufnahmeraum so auszubilden, daß dieser unterschiedliche Kältezonen aufweisen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein besonderer Vorteil der Strömungsführung liegt darin, daß sowohl der Weg des Kühlmediums als auch Faktoren, die eine gute Kühlwirkung bedingen, innerhalb des Kühlraums gewährleistet sind. So wird beispielsweise das Kühlmedium vorzugsweise nach Aufnahme durch den Zulauf in einen ersten Ab­ schnitt der Strömungsführung geleitet, wo es mit großer Temperaturdifferenz zu den in diesem Bereich angeordneten Komponenten mit großflächiger Verteilung vergleichsweise langsam fließt und somit die Gelegenheit erhält, auf seinem Weg durch diesen ersten Abschnitt der Strömungsführung den Komponenten so viel Wärme als möglich zu entziehen. Bedingt durch die großflächige Verteilung über die breite Rinne kann die Strömungsführung in diesem Abschnitt vorzugsweise sehr flach gehalten werden (Anspruch 3), wodurch nahezu die gesamte Gehäusehöhe für die Aufnahme von Komponenten verfügbar ist. Nach Durchgang durch den vorzugsweise ersten Abschnitt ist das Kühlmedium bereits deutlich erwärmt, so daß dessen Fähigkeit zur Aufnahme von Wärme nicht mehr so hoch ist wie unmittelbar hinter dem Zulauf. Um dennoch auch im zweiten Abschnitt der Strömungsführung eine gute Kühlwirkung sicherzustellen, ist in diesem Abschnitt durch spezielle Ausgestaltung des Verlaufes die Wärmeaustauschfläche gegenüber der zwischen dem Kühlraum und dem Aufnahmeraum vorhandenen Kontaktfläche so groß als möglich, so daß trotz der in diesem Abschnitt geringeren Temperaturdifferenz zwischen den Komponenten und dem Kühlmedium ein hervorragender Wärmeaustausch besteht. Dies wird noch dadurch verstärkt, daß die Strömungsführung aufgrund einer Vielzahl von Strömungsumlenkungen die Bildung von Turbulenzen begünstigt, wodurch der Wärmeaustausch erhöhbar ist. Es bietet sich somit an, dem ersten Abschnitt der Strömungsführung Komponenten zuzuordnen, die einer besonders starken Kühlung bedürfen, während im zweiten Abschnitt des Kühlraumes Komponenten angeordnet sein sollten, die in ihrer Betriebsphase zwar erheblich Wärme produzieren, die nach außen abgeführt werden muß, jedoch keiner so starken Kühlung wie die Komponenten des ersten Abschnitts bedürfen.

Wenn das Kühlmedium auch den letztgenannten Abschnitt durchlaufen hat, wird es über den Ablauf aus dem Gehäuse geleitet und gegebenenfalls einem Kühler zugeleitet.

In Anspruch 2 ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Strömungsführung angegeben, um das frische Kühlmedium unmittelbar dem ersten Abschnitt zuzuführen, in dem, wie erwähnt, besonders hoher Kühlbedarf vorliegt.

Bei der Erhitzung des Kühlmediums können sich Luftblasen aus diesem lösen, die erfahrungsgemäß nach oben entweichen. Diese Luftblasen können durch das Kühlmedium besonders gut transportiert werden, wenn die Strömungsführung entsprechend Anspruch 4 innerhalb des zweiten Abschnitts von einem relativ niedrigen Lageniveau auf ein höheres führbar ist. Die Luftblasen entweichen dann nämlich von sich aus in Richtung zum höheren Lageniveau vor dem nachfolgenden Kühlmedium. Dieser Vorgang setzt sich solange fort, bis nach Anspruch 5 bei Erreichen des Ablaufs die höchstliegende Stelle der Strömungsführung erreicht ist, an welcher die Luftblasen über einen separaten, nicht gezeigten Ablauf aus dem Gehäuse abgeführt werden können.

Durch Verwendung der Wärmeaustauschplatte wird ein gleichmäßig hoher Wärmeaustausch innerhalb des zugeordneten Abschnittes des Gehäuses gewährleistet, da Temperaturunterschiede ausgeglichen werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines zur Aufnahme von Komponenten vorgesehenen Gehäuses mit einem Aufnahmeraum und, unterhalb desselben, einem Kühlraum;

Fig. 2 den Kühlraum von der Unterseite des Gehäuses her.

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils ein Gehäuse 1 dargestellt, das über einen Aufnahmeraum 2 (Fig. 1) für nicht gezeigte Komponenten, vorzugsweise für elektronische Komponenten, und einen darunter liegenden Kühlraum 3 verfügt. Dieser Kühlraum 3 weist, wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, eine Strö­ mungsführung 4 für Kühlmedium auf, das durch einen Zulauf 5 in das Gehäuse 1 gelangt. Dieser Zulauf 5 ist vorzugsweise im unteren Bereich des Gehäuses 1 vorgesehen und mündet in einen ersten Abschnitt 7 der Strömungsführung 4, in welchem die letztgenannte als Aufweitung 6 in Form einer flachen, aber breiten Rinne 8 mit einmaliger Umlenkung um 180° verläuft, bevor in einem zweiten Abschnitt 9 der Strömungsführung 4 eine Verzweigung auf zwei unterschiedliche Kanäle 10, 11 erfolgt. Diese Kanäle sind um ein Vielfaches schmäler ausgebildet als die Rinne 6 der Strömungsführung im ersten Abschnitt und verlaufen derart, daß sie, ineinander geführt, eine Mehrzahl von Umlenkungen erfahren. Durch die ineinandergreifende Anordnung der Kanäle 10, 11 verlaufen diese dicht gedrängt unterhalb einer zur Aufnahme von Komponenten bestimmten Wärmeaustauschplatte 13, so daß über die gesamte, die Wärmeaustauschplatte 13 aufnehmende Kontaktfläche 14 eine nahezu lückenlose Kühlwirkung und damit ein relativ großer Wärmeaustausch ermöglicht wird. Die beiden Kanäle 10, 11 münden nach Durchgang durch den zweiten Abschnitt 9 der Strömungsführung 4 in einen gemeinsamen Ablauf 15, von dem aus sie gegebenenfalls einem nicht gezeigten Kühler zugeleitet werden.

Die Funktionsweise der Strömungsführung 4 des Gehäuses 1 ist wie folgt:
Wenn durch den Zulauf 5 frisches Kühlmedium in das Gehäuse 1 eingeleitet wird, durchfließt dieses Kühlmedium die Rinne 8 und nimmt hierbei, aufgrund seiner großen Temperaturdifferenz zu den oberhalb der Rinne angeordneten Komponenten viel Wärme von den letztgenannten auf. Es bietet sich demnach an, in diesem Bereich des Aufnahmeraumes 2 Komponenten anzuordnen, die einer starken Kühlung bedürfen. Diese dürfen, wegen der flachen Bauweise der Rinne 8, ohne weiteres nahezu die gesamte Bauhöhe des Gehäuses 1 ausfüllen. Derart wirksam, ist das Kühlmedium bei Erreichen des Übergangs zum zweiten Abschnitt der Strömungsführung 4 bereits angewärmt, so daß dessen Tem­ peraturdifferenz gegenüber Komponenten, die oberhalb der Kontaktfläche 14 zum Aufnahmeraum 2 angeordnet sind, wesentlich geringer ist als zuvor im ersten Abschnitt. Durch die ineinandergreifende Anordnung der Kanäle 10, 11 wird dennoch dafür gesorgt, daß eine große Wärmeaustauschfläche zur Verfügung steht, so daß oberhalb dieser Kanäle 10, 11 vorzugsweise Komponenten angeordnet sein sollten, die relativ viel abzuführende Wärme erzeugen, die aber letztendlich keiner allzu tiefen Betriebstemperaturen bedürfen. Insbesondere im zweiten Abschnitt 9 der Strömungsführung 4, in dem das Kühlmedium bereits erwärmt ist, können sich Luftblasen bilden, die vor dem Kühlmedium hergeschoben werden. Um dieses Problem zu reduzieren, können die Kanäle 10, 11 innerhalb des zweiten Abschnittes 9 so geführt sein, daß sie beginnend vom Übergang des ersten Abschnittes 7 zum zweiten hin bis zum Erreichen des Ablaufs 15 kontinuierlich ansteigen, so daß nach oben weg­ drängende Luftblasen besonders gut vor dem Kühlmedium herschiebbar sind. Im Bereich des Ablaufs 15 können die Luftblasen auf nicht gezeigte Weise aus dem Gehäuse 1 geleitet werden.

Wie in Fig. 2 zu sehen, ist das Gehäuse 1 entlang des Umfangs mit einer Nut 17 zur Aufnahme einer Dichtung 18, vorzugsweise eines Rundschnurrings, vorgesehen, so daß der Aufnahmeraum 2 gegenüber der Umgebung des Gehäuses 1 druckfest abgedichtet ist. Um dennoch für eine staubfreie Entlüftung zu sorgen, ist der Aufnahmeraum 2 über eine nicht gezeigte Verbindung an einen Ausgleichsraum 20 angeschlossen, der zwar staubdicht, aber nicht druckdicht ausgebildet ist. Dieser nimmt im Aufnahmeraum 2 auftretende Druckschwankungen auf und baut sie gegenüber der Gehäuseumgebung langsam wieder ab.

Claims (6)

1. Gehäuse mit einem zum Einbau von vorzugsweise elektronischen Bauele­ menten vorgesehenen Aufnahmeraum und mit einem gegenüber dem letzt­ genannten abgedichteten, angrenzend daran ausgebildeten Kühlraum, der mit einem Zulauf und mit einem Ablauf für ein Kühlmedium verbunden ist, wobei der Kühlraum (3) mit einer integrierten Strömungsführung (4) für das Kühlmedium versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strö­ mungsführung (4) in einem in Strömungsrichtung ersten Abschnitt (7) eine für eine großflächige Verteilung des Kühlmediums sorgende Rinne (8) auf­ weist mit in Relation zu deren Länge in Strömungsrichtung großer Breite in der Kühlebene und, nach einem Querschnittsübergang, mit einem in Strö­ mungsrichtung zweiten Abschnitt (9) mit zumindest einem eine Vielzahl von Strömungsumlenkungen ausgebildeten Kanal (10, 11) versehen ist, der, bezogen auf die Kühlebene, gegenüber der Rinne (8) des ersten Abschnit­ tes (7) schmaler ausgebildet ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ab­ schnitt (7) an den Zulauf (5) angrenzt und der zweite Abschnitt (9) in den Ablauf (15) mündet.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rin­ ne (8) im ersten Abschnitt (7) der Strömungsführung (4) mit geringer Hö­ he senkrecht zur Kühlebene ausgebildet ist.

4. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strö­ mungsführung (4) im zweiten Abschnitt (9) mit zunehmender Entfernung vom ersten Abschnitt (7) auf höheres Lageniveau geführt ist.

5. Gehäuse nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs­ führung (4) bei Erreichen des Ablaufs (15) ihr höchstliegendes Lageniveau einnimmt.

6. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der zweite Abschnitt (9) durch eine Wärmeaustauschplatte (13) vom Aufnah­ meraum (2) abgeteilt ist.