DE10061143A1

DE10061143A1 - Device for simultaneous cooling of several distributed components has cooling air feed arrangement as pipeline or channel system with air feed channel(s) and if appropriate branches

Info

Publication number: DE10061143A1
Application number: DE2000161143
Authority: DE
Inventors: Nils Hardt; Thomas Naeger
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2002-06-13

Abstract

The device uses a cooling air flow produced by at least one fan (1) and fed to one or more components (8), especially several power electronic components connected in series, in positionally accurate manner by a feed arrangement in the form of a pipeline or channel system with at least one air feed channel (5) and if appropriate air feed channels branching off from it.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche eine ortsgenaue und effiziente Kühlung mehrerer verteilt angeordneter Bauelemente, insbesondere von in Reihe geschalteten elektrischen oder elektronischen Bauelemente aus dem Bereich der Leistungselektro nik, mittels eines durch ein Gebläse erzeugten kühlenden Luftstroms, mit vergleichs weise geringem technischen und finanziellen Aufwand erlaubt.The invention relates to a device which provides precise and efficient cooling several distributed components, in particular of series connected electrical or electronic components from the field of power electronics nik, by means of a cooling air flow generated by a fan, with comparative wise little technical and financial effort allowed.

Im Bereich der Elektrik und Elektronik, insbesondere aber der Leistungselektronik, be dingen lokal auftretende und in Form von Wärme freigesetzte Verlustleistungen ent sprechender Bauelemente den Einsatz geeigneter Kühlvorrichtungen, um durch Zwangskühlung der betroffenen Bauelemente und durch Abführen auftretender Wär meleistungen den Gesamtkomplex ebenso wie die einzelnen Komponenten einer Schaltung oder eines Gerätes vor größeren Schäden durch Überhitzung zu bewahren.In the field of electrics and electronics, but especially power electronics, be entail locally occurring heat losses that are released in the form of heat speaking components the use of suitable cooling devices to by Forced cooling of the affected components and by dissipating heat the entire complex as well as the individual components of a To protect the circuit or a device from major damage caused by overheating.

Läßt sich eine geeignete Luftkühlung bei einem einzelnen Bauelement, zum Beispiel einem Prozessor im Bereich der Computertechnik, durch Anbringen eines Gebläses bzw. eines Ventilators an einem zum jeweiligen Bauelement gehörigen Kühlkörper, oder am Bauelement selbst, noch verhältnismäßig einfach realisieren, so bereitet das effizi ente Kühlen mehrerer verteilt angeordneter Bauelemente, insbesondere in Reihe ge schaltete Bauelemente aus dem Bereich der Leistungselektronik, jedoch bereits ver gleichsweise große Schwierigkeiten. Can suitable air cooling be used on a single component, for example a processor in the field of computer technology, by attaching a blower or a fan on a heat sink belonging to the respective component, or on the component itself, still relatively easy to implement, that's what prepares effizi duck cooling of several distributed components, especially in series ge switched components from the field of power electronics, but already ver equally great difficulties.

Werden bei elektrischen oder elektronischen Geräten oder Schaltungen Betriebsspan nungen U_B von einem Kilovolt überschritten, so müssen, entsprechend der technischen Ausgestaltung und Aufgabenstellung des Gerätes oder der Schaltung, häufig mehrere elektrische oder elektronische Bauelemente in Reihe geschaltet werden, um zu ge währleisten, daß ein einzelnes Bauelement, beispielsweise ein Leistungshalbleiter, nur einen vergleichsweise geringen Teil der Betriebsspannung U_B des entsprechenden Ge rätes zu tragen hat. Überträgt man nun das Kühlprinzip eines einzelnen Bauelementes auf einen solchen Fall, zum Beispiel auf mehrere in Reihe geschaltete Bauelemente, so würde dies bedeuten, daß pro Bauelement jeweils ein Gebläse zum Einsatz gebracht werden muß. Da die an den jeweiligen Bauelementen gegen Erde abfallenden Teil spannungen gegebenenfalls ein Kilovolt überschreiten können und demgemäß die Ge fahr etwaiger Spannungsüberschläge auf die vergleichsweise geringe Versorgungs spannung der Gebläse und in Folge dessen von Beschädigungen vergleichsweise hoch erscheint, ist es nicht ohne weiteres möglich die zur Kühlung benötigten Gebläse ohne Gefährdung ihrer Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit in unmittelbarer Nähe des ent sprechenden Bauelementes anzubringen.If operating voltages U _B of one kilovolt are exceeded in electrical or electronic devices or circuits, then, depending on the technical design and the task of the device or the circuit, often several electrical or electronic components have to be connected in series in order to ensure that a individual component, for example a power semiconductor, has to carry only a comparatively small part of the operating voltage U _{B of} the corresponding device. If one transfers the cooling principle of a single component to such a case, for example to several components connected in series, this would mean that one blower must be used for each component. Since the partial voltages falling to earth on the respective components can possibly exceed one kilovolt and accordingly the risk of voltage flashovers to the comparatively low supply voltage of the blower and as a result of damage appears to be comparatively high, it is not readily possible for cooling to install the required blowers without endangering their operational safety and reliability in the immediate vicinity of the corresponding component.

Will man eine derartige Anordnung dennoch realisieren, so ist es deshalb erforderlich die entsprechenden Gebläse mit ihren Versorgungsspannungen gegen die gegen Erde gemessen Teilspannungen der einzelnen Bauelemente zu isolieren, um auf diese Wei se etwaige Spannungsüberschläge von vornherein weitgehend zu unterbinden.If you still want to implement such an arrangement, it is therefore necessary the corresponding blowers with their supply voltages against the earth measured partial voltages of the individual components to isolate in this way to largely prevent potential flashovers from the outset.

Eine möglicher Weg besteht nun darin das Gebläse vom eigentlichen Bauelement der art zu separieren, also physikalisch getrennt zu installieren, daß die geforderte Kühlwir kung zwar noch gegeben, die Gefahr von Überschlägen jedoch gebannt ist. Hierbei ist zu bedenken, daß ein entsprechend groß gewählter Abstand zwischen Ventilator und Bauelement zwar einer Beschädigung des Gebläses durch Spannungsüberschläge vorbeugt, gleichzeitig jedoch eine Verringerung der zu erreichenden Kühlleistung nach sich zieht. Möchte man nun bei gegebenem Abstand zwischen Ventilator und Bauele ment die gleiche Kühlwirkung erreichen wie bei unmittelbarem Kontakt der Beiden, so ist das Gebläse hinsichtlich seiner Leistung entsprechend größer zu dimensionieren, was der Wirtschaftlichkeit der verwendeten Anordnung jedoch abträglich ist. A possible way is now the blower from the actual component of the to separate, that is, physically separate to install that the required cooling Although there is still a risk, the risk of rollovers is averted. Here is to consider that a correspondingly large distance between the fan and Component damage to the fan due to voltage flashovers prevents, but at the same time a reduction in the cooling capacity to be achieved pulls itself. Now you want, given the distance between fan and component ment achieve the same cooling effect as with direct contact between the two, see above the fan must be dimensioned larger in terms of its performance, which is detrimental to the economy of the arrangement used.

Ein anderer möglicher Weg, der es erlaubt ortsgenau mehrere nebeneinander angeord nete Bauelemente, beispielsweise Halbleiterbauelemente, gleichzeitig mittels eines durch nur ein Gebläse erzeugten Luftstrom zu kühlen wird in der Patentschrift US 44 419 164 aufgezeigt. Zum Erreichen einer möglichst gleichmäßigen und effektiven Kühlwirkung wird hier auf jedem zu kühlenden Bauelement jeweils ein Kühlkörper an gebracht, dessen eines Ende sich in thermischem Kontakt mit dem zu kühlenden Bau element befindet. Diesem wird mittels einer Art Luftverteilungseinrichtung, in deren sich trichterförmig verjüngendem Ende ein Gebläse integriert ist, ein kühlender Luftstrom zugeführt. Über den Kühlkörper und den Luftstrom kann auf diese Weise ein ver gleichsweise großer Teil der abgegebenen Wärmeleistung des Bauelementes abgeführt werden. Nachteilig wirkt sich hier insbesondere der geometrische Aufbau sowie der be nötigte Raum der hier dargelegten Anordnung aus. Da sich viele der in einer elektroni schen Schaltungen oder einem elektronischen Aufbau eingesetzten und zu kühlenden Bauelemente an vergleichsweise räumlich verteilten und unzugänglichen Stellen inner halb des Schaltungskomplexes befinden, fehlt in den meisten Fällen der nötige Platz oder Raum zum Anbringen einer gemäß der Patentschrift US 44 49 164 vorgeschlage nen Anordnung. Zudem birgt der mittelbar enge elektrische Kontakt zwischen Bauele ment, Kühlkörper und Gebläse, gerade im Bereich der Leistungselektronik erhebliche Risiken bezüglich der Sicherheit und Zuverlässigkeit im Betrieb befindlicher Kühl- und Gebläseeinrichtungen.Another possible way that allows several to be arranged side by side nete components, for example semiconductor components, simultaneously by means of a Cooling airflow generated by only one fan is disclosed in the patent US 44 419 164 shown. To achieve the most uniform and effective possible A cooling element is applied to each component to be cooled here brought, one end of which is in thermal contact with the structure to be cooled element is located. This is by means of a type of air distribution device, in which A fan is integrated into the funnel-shaped tapering end, a cooling air flow fed. About the heat sink and the airflow can in this way a ver equally large part of the heat output of the component dissipated become. The geometric structure and the be particularly disadvantageous here required space from the arrangement set out here. Since many of the electronics circuits or an electronic structure used and to be cooled Components in comparatively spatially distributed and inaccessible places inside half of the circuit complex, the necessary space is missing in most cases or space for attaching a proposed according to US 44 49 164 NEN arrangement. In addition, there is the indirectly close electrical contact between components ment, heat sink and blower, especially in the field of power electronics Risks related to the safety and reliability of refrigeration and operating systems Blowers.

Auch die Verwendung einer Flüssigkeitskühlung, die zwar vergleichsweise effizient ar beitet, jedoch gleichzeitig einen unverhältnismäßig großen technischen Aufwand und demzufolge hohe Kosten mit sich bringt, stellt in puncto Wirtschaftlichkeit und techni sche Anwendbarkeit keine Alternative zur erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.Also the use of liquid cooling, which is comparatively efficient processed, but at the same time a disproportionately large technical effort and consequently brings high costs, in terms of economy and technology cal applicability is not an alternative to the device according to the invention.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde mittels eines durch ein Gebläse er zeugten Luftstroms eine effiziente und ortsgenaue Kühlung mehrerer verteilt angeord neter elektronischer oder elektrischer Bauelemente, insbesondere mehrerer in Reihe geschalteter Bauelemente aus dem Bereich der Leistungselektronik, unter Gewährlei stung der Betriebssicherheit und -zuverlässigkeit des eingesetzten Gebläses mit ver gleichsweise geringem technischen Aufwand zu ermöglichen und zu gewährleisten. The invention is therefore based on the object by means of a fan he air flow generated efficient and precise cooling of several distributed Neter electronic or electrical components, in particular several in series switched components from the field of power electronics, under warranty Operational safety and reliability of the blower used with ver to enable and ensure equally low technical effort.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Kühlung mehrerer verteilt angeordneter Bauelemente mit Gebläse und Luftführungsvorrichtung gelöst, die jedem Bauelement, das Zwangskühlung benötigt, einen vom Gebläse erzeugten, kühlenden Luftstrom ortsgenau in geeigneter Weise zuführt. Ausgehend von mindestens einem auf Erdpotential befindlichen Gebläse, das in geeigneter Weise in die Schaltung oder das Gerät integriert ist und den zum Abführen, der von den Bauelementen abgegebenen Wärmeleistung notwendigen Luftstrom erzeugt, wird dieser durch eine elektrisch nicht leitende Luftführungsvorrichtung, mit mindestens einem, sich gegebenenfalls weiter verzweigenden Luftführungskanal, mit mindestens einem, vorzugsweise durch einen Druckverbraucher abgeschlossenen Luftauslaß, der den zu kühlenden Bauelementen vorzugsweise gegenüberliegend angeordnet ist, zu den zu kühlenden Bauelementen geleitet. Auch eine Ausgestaltung der Luftführungsvorrichtung mittels Verwendung meh rerer nebengeordneter Luftführungskanäle, die formschlüssig miteinander verbunden sind, ebenso wie ein oder mehrere von einem Luftführungskanal abzweigenden und mit diesem formschlüssig verbundenen nebengeordnete Luftführungskanäle ist möglich.This task is distributed by a device for the simultaneous cooling of several arranged components with blower and air guide device solved each Component that requires forced cooling, a cooling generated by the fan Air flow supplies in a suitable manner in a precise manner. Starting from at least one Blower located in the ground, which in a suitable manner in the circuit or that Device is integrated and the one for discharging that emitted by the components Heat flow necessary airflow generated, this is not an electrical conductive air guiding device, with at least one, possibly further branching air duct, with at least one, preferably by one Pressure consumer closed air outlet, the components to be cooled is preferably arranged opposite to the components to be cooled directed. An embodiment of the air guiding device by using meh rerer secondary air ducts, which are positively connected are, as well as one or more branching from an air duct and with this positively connected secondary air duct is possible.

Die vorzugsweise durch entsprechende Druckverbraucher, beispielsweise Einstellblen den, Dosierventile und Düsen mit verschiedenem Querschnitt, abgeschlossenen Luf tauslässe ermöglichen durch ihre individuelle Ausgestaltung eine Regulierung, Einstel lung und Begrenzung beispielsweise der Strömungsgeschwindigkeit, des Strömungs profils und der beströmten Fläche. Durch einen Abgleich der verschiedenen Druckver braucher untereinander ist es auf diese Weise möglich mit nur einem Gebläse mehrere verteilt angeordnete Bauelemente, insbesondere mehrere in Reihe geschaltete Bau elemente aus dem Bereich der Leistungselektronik, gleichzeitig und ortsgenau durch einen dosiert zugeführten Luftstrom zu kühlen.The preferably by appropriate pressure consumers, for example adjusting baffles the, metering valves and nozzles with different cross-section, closed air Due to their individual design, branch outlets enable regulation development and limitation of, for example, the flow velocity, the flow profils and the flowed area. By comparing the different pressure ver users among each other, it is possible in this way with only one fan several distributed components, in particular several series connected construction elements from the field of power electronics, simultaneously and precisely to cool a metered air flow.

Um, insbesondere im Bereich der Leistungselektronik, Beschädigungen des Gebläses durch etwaige Spannungsüberschläge von den Bauelementen auf das Gebläse vorzu beugen, jedoch gleichzeitig auf den Einsatz von Trenntransformatoren verzichten zu können, werden für die gesamte Luftführungsvorrichtung, inklusive gegebenenfalls vor handener Druckverbraucher, elektrisch nichtleitende Materialien verwendet. Hierzu eig nen sich beispielsweise bestimmte Kunststoff oder auch Keramikverbindungen. Anstatt die Luftführungsvorrichtung vollständig aus nichtleitendem Material zu bilden ist es auch möglich gebräuchliche, leicht zu bearbeitende und formbare metallische Materialien zu verwenden und diese flächendeckend, in- und außenwandig in geeigneter Weise form schlüssig mit einer den Anforderungen, beispielsweise Hitzebeständigkeit, entspre chenden elektrisch nichtleitenden Verbindung, wie zum Beispiel einem geeigneten Kunststoff oder einer Keramik, zu beschichten. Gleiches gilt hier auch für die Druck verbraucher.To, especially in the field of power electronics, damage to the fan by any voltage flashovers from the components to the blower bend, but at the same time avoid using isolating transformers can be included for the entire air routing device, including if necessary existing pressure consumer, electrically non-conductive materials used. For this purpose For example, certain plastic or ceramic compounds. Instead of it is also to form the air guiding device completely from non-conductive material possible, easy-to-work and formable metallic materials use and form them in a suitable way, covering the inside and outside of the wall conclusively with one of the requirements, for example heat resistance appropriate electrically non-conductive connection, such as a suitable Plastic or a ceramic to coat. The same applies here to printing consumer.

Eine weitere vorteilhafte Art der Ausgestaltung ist die Verwirklichung einer flexiblen, modular aufgebauten Luftführungsvorrichtung. Diese erscheint gerade im Hinblick auf sich im Wandel der Zeit stetig ändernde Schaltungslayouts als vorteilhaft. Wünschens wert ist hier ein Modul- oder Baukastensystem mit vorgefertigten Einzelelementen, wie beispielsweise Kupplungen, Gelenken, Endstücken mit integrierten Druckverbrauchern sowie Endstücken mit Blindverschlüssen, die in geeigneter Weise frei kombiniert und zusammengesetzt werden können. Als Luftführungskanal ist hierbei ein entsprechend den Anforderungen in einer vorgegebenen Länge und mit einer vorgegebenen Anzahl an Verzweigungsstellen vorgefertigtes Kanalelement zu verwenden, in dessen vorbe reitete Verzweigungsstellen weitere Elemente formschlüssig eingesteckt oder befestigt werden können. Zeitweilig nicht benötigte oder unbenutzte Verzweigungsstellen lassen sich mit vorgefertigten Blindverschlüssen luftdicht verschließen. Auf diese Weise läßt sich die hier dargelegte Luftführungsvorrichtung entsprechend den individuellen Gege benheiten des jeweiligen elektrischen oder elektronischen Schaltungsaufbaus ver gleichsweise leicht modifizieren und angleichen. Auch etwaige spätere Änderungen der zum Einsatz gebrachten Schaltung führen nicht dazu, daß die gesamte Vorrichtung ausgetauscht werden muß.Another advantageous type of configuration is the implementation of a flexible, modular air duct device. This appears just with regard to Circuit layouts that change constantly over time are advantageous. wishing A module or modular system with prefabricated individual elements, such as for example couplings, joints, end pieces with integrated pressure consumers as well as end pieces with blind closures, which can be freely combined in a suitable manner and can be put together. A corresponding air duct is here the requirements in a given length and with a given number to use prefabricated channel element at branching points, in the past rode branch points inserted or fastened positively can be. Leave temporarily unused or unused branch points close airtight with prefabricated blind fasteners. This way the air guidance device presented here corresponds to the individual areas Identities of the respective electrical or electronic circuit structure ver equally easy to modify and adjust. Any subsequent changes to the circuit used do not lead to the entire device needs to be replaced.

Eine weitere Möglichkeit die Problematik von Spannungsüberschlägen zu umgehen bietet der Einsatz von Trenntransformatoren, die ein Übergreifen der vergleichsweise hohen Betriebsspannung auf die vergleichsweise niedrige Versorgungsspannung der Gebläse verhindern sollen, ein Vorhaben, das bei einer entsprechend großen Anzahl zum Einsatz gebrachter Gebläse und demgemäß Trenntransformatoren jedoch mit ver gleichsweise hohen Kosten verbunden sein kann.Another way to avoid the problem of voltage flashovers offers the use of isolating transformers that overlap the comparatively high operating voltage to the comparatively low supply voltage of the Blowers should prevent a project that with a correspondingly large number used blowers and accordingly isolating transformers with ver equally high costs.

Durch die Verwendung von Trenntransformatoren kann eine Kühlanordnung gewählt werden, bei welcher jedes zwangszukühlende Bauelement durch ein ihm gegenüberlie gendes Luftgebläse individuell gekühlt wird. Zum Schutz vor Beschädigungen durch etwaig auftretende Spannungsüberschläge, insbesondere im Bereich der Leistungse lektronik, werden die einzelnen Gebläse mittels zwischengeschalteter Trenntransfor matoren, die die Versorgungsspannung U_V des Gebläses gegen die vergleichsweise hohen gegen Erde gemessenen Teilspannungen U₁ . . . U_n der Bauelemente isolieren, geschützt. Jedem Gebläse ist hier vorzugsweise ein eigener Trenntransformator zuge ordnet und vorgeschaltet.By using isolating transformers, a cooling arrangement can be selected in which each component to be forced-cooled is individually cooled by an air blower opposite it. To protect against damage caused by voltage flashovers, particularly in the field of power electronics, the individual fans are connected by means of intermediate isolating transformers which isolate the supply voltage U _{V of} the fan against the comparatively high partial voltages U ₁ measured against earth. , , U _n isolate the components protected. Each fan is preferably assigned its own isolating transformer and connected upstream.

Auch in vorgenannter erfindungsgemäßer Anordnung mit Luftführungsvorrichtung ist ein erweiterter Schutz der eingesetzten Gebläse durch die Verwendung von zwischenge schalteten Trenntransformatoren von Vorteil.Also in the aforementioned arrangement according to the invention with an air guiding device Extended protection of the blowers used through the use of intermediate switched isolating transformers an advantage.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Figurenbeschreibungen und den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the invention are the figure descriptions and the dependent claims.

Die weitere Erläuterung und Darlegung der Erfindung erfolgt anhand von einigen Zeich nungen und Ausführungsbeispielen.The further explanation and presentation of the invention is based on a few characters tion and examples.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zur gleichzeitigen und individuellen Kühlung mehrerer in Reihe geschalteter Bauelemente aus dem Bereich der Leistungselektronik mit nur einem Gebläse. Fig. 1 Cooling device according to the invention for simultaneous and individual cooling of several components connected in series from the field of power electronics with only one fan.

Fig. 2 Erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zur gleichzeitigen und individuellen Kühlung mehrerer verteilt und gegebenenfalls schwer zugänglich ange ordneter Bauelemente mit nur einem Gebläse. Fig. 2 cooling device according to the invention for simultaneous and individual cooling of several distributed and possibly difficult to access arranged components with only one fan.

Fig. 3 Kühlvorrichtung zur individuellen Kühlung mehrerer in Reihe geschalteter und aus dem Bereich der Leistungselektronik stammender Bauelemente mit durch Trenntransformatoren abgesicherten Einzelgebläsen. Fig. 3 cooling device for individual cooling of several components connected in series and coming from the field of power electronics with individual fans protected by isolating transformers.

Der besondere Vorzug der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Luftführungsvorrichtung besteht: in einer effizienten und ortsgenauen Luftkühlung mehrerer, gegebenenfalls verteilt angeordneter, zwangszukühlender elektrischer oder elektronischer Bauelemente, insbesondere in Reihe geschalteter Bauelemente aus dem Bereich der Lei stungselektronik, ohne Gefährdung der Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit des zur Erzeugung des kühlenden Luftstroms eingesetzten Gebläses durch etwaig auftretende Spannungsüberschläge mit vergleichsweise geringem technischen und finanziellen Aufwand. Zudem läßt sich das Gebläse in vorteilhafter Weise an einer geeigneten Stelle des Gerätekomplexes, getrennt von den zu kühlenden Bauelementen, anordnen. Die Gewähr der Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit des Gebläses sowie der gesamten Kühlvorrichtung wird durch die Verwendung elektrisch nichtleitender Materialien zur Herstellung der Luftführungsvorrichtung, die den Luftstrom vom dezentral aufgebauten Gebläse, vorzugsweise über zwischengeschaltete Druckverbraucher, ortsgenau und dosiert zum zu kühlenden Bauelement leitet, sichergestellt.The particular advantage of the device according to the invention with an air guiding device consists in an efficient and precise air cooling of several, if necessary distributed arranged, forcooling electrical or electronic components, in particular components connected in series from the field of Lei electronics, without endangering the operational safety and reliability of the Generation of the cooling air flow fan used by any occurring Voltage flashovers with comparatively low technical and financial Expenditure. In addition, the blower can advantageously be located at a suitable location the device complex, separate from the components to be cooled. The Guarantee of operational safety and reliability of the blower as well as of the whole Cooling device is used through the use of electrically non-conductive materials Manufacture of the air guiding device that the air flow from the decentralized Blower, preferably via intermediate pressure consumers, precise and dosed to the component to be cooled, ensured.

Entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, wird ein mittels eines Gebläses 1, mit mindestens einem Luftverdichter 2, zum Beispiel einem geeigneten Rotor, sowie dem zugehörigen Antrieb 3 erzeugter Luftstrom in eine Luftführungsvorrichtung 4 mit einem Luftführungskanal 5 sowie mehreren, vom Luftführungskanal 5 abgehenden Luftauslässen 6 mit integrierten Druckverbrauchern 7 den zwangszukühlenden Bau elementen 8, im hier gezeigten Beispiel handelt es sich dabei um mehrere in Reihe ge schaltete und in einer Reihe angeordnete Bauelemente 8 aus dem Bereich der Lei stungselektronik, mit ihren eingetragenen jeweiligen, gegen Erde 9 gemessenen Teil spannungen U₁, U₂, . . . U_n, die sich in der Größenordnung von bis zu einigen Kilovolt be wegen können, zugeführt. Zur Erreichung einer möglichst effizienten Kühlwirkung sind die Luftauslässe 6 den Bauelementen vorzugsweise gegenüberliegend mit vergleichs weise geringem Abstand angeordnet. Die Luftführungsvorrichtung 4 läßt sich hierbei derart ausgestalten, daß der aus den Luftauslässen 6 austretende Luftstrom ortsgenau sein jeweiliges Ziel, parallel oder gegebenenfalls unter einem geeigneten Winkel zur Oberflächennormalen der zu kühlenden Fläche des jeweiligen Bauelementes, erreicht. Durch Verwendung elektrisch nichtleitender Materialien, wie beispielsweise geeignete Kunststoff oder Keramikverbindungen, die vorzugsweise auch bis einige 100°C hitze beständig sind, zum Aufbau der Luftführungsvorrichtung 4, die sich räumlich zwischen dem auf Erdpotential 9 befindlichen Gebläse 1 und den zu kühlenden Bauelementen 8 befindet und diese physikalisch voneinander trennt, wird bei einer am jeweiligen Bau element 8 gegen Erde 9 abfallenden Teilspannung U₁, . . . U_n, von bis zu mehreren Kilovolt der Schutz vor Spannungsüberschlägen auf die Versorgungsspannung U_V des Geblä ses 1 und damit vor Beschädigungen des Gebläses 1 gewährleistet.According to the arrangement shown in FIG. 1, an air flow generated by means of a blower 1 with at least one air compressor 2 , for example a suitable rotor, and the associated drive 3 is fed into an air guiding device 4 with an air guiding duct 5 and several outgoing from the air guiding duct 5 Air outlets 6 with integrated pressure consumers 7, the elements to be cooled 8 , in the example shown here there are several series-connected and arranged in a row components 8 from the field of power electronics, with their registered respective part measured against earth 9 voltages U ₁ , U _2,. , , U _n , which can be of the order of up to a few kilovolts, supplied. To achieve the most efficient cooling effect, the air outlets 6 are preferably arranged opposite the components with a comparatively small distance. The air guiding device 4 can be designed in such a way that the air flow emerging from the air outlets 6 reaches its respective destination in a precise location, parallel or, if appropriate, at a suitable angle to the surface normal of the surface of the respective component to be cooled. By using electrically non-conductive materials, such as suitable plastic or ceramic compounds, which are preferably also resistant to a few 100 ° C., to build up the air guiding device 4 , which is located spatially between the blower 1 at ground potential 9 and the components 8 to be cooled, and separating them physically from each other, is at a respective component 8 against earth 9 falling partial voltage U ₁ ,. , , U _n , of up to several kilovolts, protection against voltage flashovers to the supply voltage U _{V of} the fan 1 and thus against damage to the fan 1 is guaranteed.

Auch in Fig. 2 wird eine entsprechende, sich an ein Gebläse 1, mit mindestens einem Motor 3 und Luftverdichter 2 anschließende Luftführungsvorrichtung 4 dargelegt. Diese weist im Gegensatz zu Fig. 1 zwei voneinander abzweigende Luftführungskanäle 5 mit insgesamt drei auf beide Kanäle verteilte Luftauslässe 6, mit vorzugsweise integrierten Druckverbrauchern 7, auf, so daß es durch Verwendung zweier Luftführungskanäle 5 hier möglich gemacht wird drei räumlich vergleichsweise stark auf zwei Leiterplatten 12 verteilt angeordnete Bauelemente 8 mit Einsatz nur eines Gebläses 1 ortsgenau und effizient zu kühlen. Auch hier ist die Luftführungsvorrichtung 4 in geeigneter Weise unter Verwendung von elektrisch nichtleitendem und gegebenenfalls bis zu einigen 100°C hitzebeständigem Material zu verwirklichen. Der grundsätzliche Aufbau unterscheidet sich nur wenig von dem in Fig. 1 gezeigten. Auch in Fig. 2 sind die Luftauslässe 6 vor zugsweise mit geeigneten Druckverbrauchern 7 zu versehen, um insbesondere bei An wesenheit unterschiedlicher bzw. verschiedenartiger Bauelemente 8 und demgemäß auch unterschiedlich stark auftretender Wärmeleistungen, eine optimierte Abstimmung der individuell zu erbringenden Kühlleistung und folglich auch eine effiziente Kühlung der betreffenden Bauelemente 8 zu ermöglichen. Eine gleichmäßige, homogene Küh lung, zum Beispiel bei Anwesenheit mehrerer gleichartiger Bauelemente, läßt sich ebenfalls durch den Einsatz und den Abgleich geeigneter Druckverbraucher 7 errei chen.A corresponding air guiding device 4 connected to a blower 1 with at least one motor 3 and air compressor 2 is also shown in FIG. 2. In contrast to Fig. 1, two branching air duct 5 with a total of three air outlets 6 distributed on both channels, preferably with integrated pressure consumers 7 , so that it is made possible by using two air duct 5 here three spatially comparatively strong on two circuit boards To cool 12 distributed components 8 using only one blower 1 precisely and efficiently. Here, too, the air guiding device 4 can be implemented in a suitable manner using electrically non-conductive and possibly heat-resistant material up to a few 100 ° C. The basic structure differs only slightly from that shown in FIG. 1. Also in Fig. 2, the air outlets 6 are preferably provided with suitable pressure consumers 7 , in particular in the presence of different or different types of components 8 and accordingly also differently occurring heat outputs, an optimized coordination of the cooling output to be provided individually and consequently also an efficient one To enable cooling of the relevant components 8 . A uniform, homogeneous cooling, for example in the presence of several identical components, can also be achieved by using and comparing suitable pressure consumers 7 .

Unter dem Gesichtspunkt einer späteren Nachrüstung oder Modifikation bestehender elektronischer oder elektrischer Schaltungskomplexe, die in Folge dessen gegebenen falls auch eine Modifikation der bestehenden Kühlvorrichtung mit sich bringen, erscheint insbesondere eine modular aufgebaute, flexibel gestaltbare Luftführungsvorrichtung 4 als sinnvoll. Eine gemäß Baukastenprinzip flexibel zu gestaltende und an die jeweiligen Bedürfnisse anpaßbare Luftführungsvorrichtung 4, mit vorgefertigten Einzelementen, wie beispielsweise Verbindungs- oder Kupplungselemente, biegsame oder drehbare Gelenk- oder Winkelelemente, Elemente mit Druckverbrauchern 7 und Luftauslässen 6, Verzweigungselemente usw., die vergleichsweise einfach, zum Beispiel in Form eines Stecksystems, zu montieren und verbinden sind und demgemäß vergleichsweise ein fach ausgetauscht oder ergänzt werden können, erlaubt eine leichte Anpassung der Kühlvorrichtung an die vorherrschenden Bedingungen und Anforderungen und ist der Garant für eine ortsgenaue und effiziente Kühlung.From the point of view of a later retrofitting or modification of existing electronic or electrical circuit complexes, which may also result in a modification of the existing cooling device, a modularly designed, flexibly designed air guiding device 4 appears to be particularly useful. An air guide device 4 to be designed flexibly according to the modular principle and adaptable to the respective requirements, with prefabricated individual elements, such as connecting or coupling elements, flexible or rotatable joint or angle elements, elements with pressure consumers 7 and air outlets 6 , branching elements, etc., which are comparatively simple, For example, in the form of a plug-in system, which can be assembled and connected and therefore can be replaced or supplemented comparatively easily, allows the cooling device to be easily adapted to the prevailing conditions and requirements and is the guarantee for location-specific and efficient cooling.

Fig. 3 zeigt einen gegenüber Fig. 1 und Fig. 2 deutlich unterschiedlich gestalteten Kühlaufbau. Um hier eine ausreichende Kühlwirkung zu erzielen wird jedes zwangszu kühlende Bauelement 8 individuell durch ein ihm gegenüberliegendes Luftgebläse 1 gekühlt. Zum Schutz vor Beschädigungen durch etwaig auftretende Spannungsüber schläge und zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit solcher Überschläge, insbesonde re im Bereich der Leistungselektronik, werden die einzelnen Gebläse 1 in vergleichs weise großem Abstand d zum jeweiligen Bauelement 8 positioniert. Dies bewirkt jedoch nachteilig eine Reduktion der bereitgestellten Kühlleistung. Durch die efindungsgemä ße Integration von Trenntransformatoren 10, die die Versorgungsspannung U_V des Ge bläses 1 gegen die vergleichsweise hohen, gegen Erde 9 gemessenen Teilspannungen U₁ . . . U_n der Bauelemente isolieren, läßt sich der Abstand d verringern, einer Beschädi gung durch etwaige Spannungsüberschläge vorbeugen und dennoch eine effiziente Kühlwirkung erreichen, ohne die Gebläse zu überdimensionieren. Fig. 3 shows a comparison with FIG. 1 and FIG. 2 clearly differently shaped cooling structure. In order to achieve a sufficient cooling effect here, each component 8 that is to be cooled is individually cooled by an air blower 1 located opposite it. To protect against damage from any voltage flashovers occurring and to reduce the likelihood of such flashovers, in particular in the field of power electronics, the individual fans 1 are positioned at a comparatively large distance d from the respective component 8 . However, this disadvantageously results in a reduction in the cooling capacity provided. Due to the inventive integration of isolating transformers 10 , which blows the supply voltage U _V of Ge 1 against the comparatively high partial voltages U ₁ measured against earth 9 . , , U _n isolate the components, the distance d can be reduced, prevent damage by possible voltage flashovers and still achieve an efficient cooling effect without overdimensioning the blower.

Claims

1. Device for precise and efficient cooling of several distributed electrical or electronic components ( 8 ) by means of a least by a blower ( 1 ) generated cooling air flow, characterized in that the cooling air flow is precisely located by means of a piping or duct system designed air ducting device ( 4 ), with at least one air duct ( 5 ) and if necessary branching one or more further air ducts ( 5 ) and one or more air outlets ( 6 ) located in the ducts, one or more components ( 8 ) to be cooled, in particular arranged special several series-connected components ( 8 ) from the field of power electronics.

2. Device according to claim 1, characterized in that for training the air guiding device ( 4 ) one or more electrically insulating or electrically non-conductive materials, in particular suitable plastic or ceramic compounds, are used.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that one or more to several hundred degrees Celsius heat-resistant materials, in particular suitable plastic or ceramic compounds, are used to design the air guiding device ( 4 ).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the surface of an air guiding device formed from electrically conductive or semiconducting material ( 4 ) with an electrically insulating or electrically non-conductive material or a compound, in particular a plastic or ceramic bond, is completely and positively coated.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the air duct device ( 4 ) at least one air duct ( 5 ) with at least one branching laterally from this and form-fitting with the air guide duct ( 5 ) connected further channel with a corresponding number of air outlets ( 6 ), which is particularly dependent on the number of objects to be cooled.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the air outlets ( 6 ) in a suitable manner the components to be cooled ( 8 ) are arranged opposite ge.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that one or more of the air outlets ( 6 ) by pressure consumers ( 7 ), in particular adjustable nozzles, metering valves and adjusting orifices are completed.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the shape of the air outlets ( 6 ) and the air duct ( 5 ), in particular the flow profile, the flow velocity, the geometry and size of the surface of the component to be cooled, correspondingly are trained.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the air guiding device ( 4 ) has a modular structure with prefabricated, made of interchangeable individual elements and thus by exchanging, dismantling or supplementing corresponding elements, the air guiding device ( 4 ) is comparatively simple on the is adaptable to new conditions and thus a precise cooling of the affected components ( 8 ) is given.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one of the blowers used for cooling by a isolating transformer ( 10 ) against spillover of the operating voltage of the electronic or lei electronic components on the comparatively low supply voltage of the blower protected is.

11. Device for precise and efficient cooling of one or more distributed electrical or electronic components ( 8 ) by means of at least one blower arranged opposite the component to be cooled, characterized in that at least one of the blowers used for cooling by an isolating transformer ( 10 ) is protected against spillover of the operating voltage of the electronic or power electronic components to the comparatively low supply voltage of the blower.