WO2001065899A2

WO2001065899A2 - Kühlkörpermodul und anordnung von kühlkörpermodulen

Info

Publication number: WO2001065899A2
Application number: PCT/DE2001/000557
Authority: WO
Inventors: Rainer Hebel; Hartmut Michel
Original assignee: Epcos Ag
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2001-09-07
Also published as: US6708757B2; DE10009398C2; EP1260124A2; WO2001065899A3; DE10009398A1; US20030047302A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein plattenartiges Kühlkörpermodul (1) mit polygonförmigem Grundriß, auf dessen Oberseite ein wärmeerzeugendes Bauelement (2) befestigbar ist und dessen Unterseite Kühlrippen (3) aufweist, das an seinen Außenkanten zueinander komplementäre Oberflächenstrukturen aufweist, mit deren Hilfe mehrere gleiche Kühlkörpermodule (1) in einer Ebene zusammenfügbar sind, wobei die Oberflächenstrukturen so ausgebildet sind, daß ein Kühlkörpermodul (1) in nur einer Orientierung an ein weiteres Kühlkörpermodul (1) fügbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung von Kühlkörpermodulen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Kühlkörpermodulen kann besonders flexibel ein Kühlkörper für die Zusammenschaltung mehrerer Kondensatoren zu einer Kondensatorbank hergestellt werden.

Description

Beschreibung

Kühlkörpermodul und Anordnung von Kuhlkörpermodulen

Die Erfindung betrifft ein Kühlkorpermodul , auf dessen

Oberseite ein wärmeerzeugendes Bauelement befestigbar ist und dessen Unterseite Kühlrippen aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung von Kühlkörpermodulen.

Es sind Kühlkörpermodule der eingangs genannten Art bekannt, die als Kühlplatten zur Kühlung von Kondensatoren hoher Leistung m Umrichtern eingesetzt werden. Auf diesen Kühlkörpermodulen sind mehrere gleiche zu einer Kondensatorbank zusammengeschaltete Kondensatoren angeordnet. Diese Kondensatorbänke werden m Umrichtern verschiedener

Nennspannungen und Leistungsklassen verwendet. Entsprechend dieser unterschiedlichen Kenndaten der Umrichter werden auch eine unterschiedliche Anzahl von Kondensatoren in verschiedener Zusammenschaltung, beispielsweise m Reihe oder parallel oder auch gemischt m Reihe und parallel, benötigt. Daher wird für ede Variante des Umrichters entsprechend der Anzahl und Verschaltung der Kondensatoren eine eigene Kühlplatte mit den geeigneten geometrischen Abmessungen hergestellt, auf der dann die Kondensatoren befestigt werden. Die bekannten Kuh] korper odule haben daher den Nachteil, daß sie für jeden Typ von Umrichter jeweils eigens hergestellt werden müssen, was einen hohen Produktionsaufwand bedeutet.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Kühlkorpermodul bereitzustellen, das zur Kühlung verschiedener Varianten von Kondensatorbanken verwendet werden kann, ohne daß es m seiner Ausführung angepaßt werden muß.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Kühlkorpermodul nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und Anordnungen von Kühlkörpermodulen sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung gibt em Kühlkorpermodul an, das plattenartig ist und einen polygonförmigen Grundriß aufweist. Auf der Oberseite des Kühlkörpermoduls ist ein wärmeerzeugendes Bauelement befestigbar. Auf der Unterseite weist das Kühlkorpermodul Kühlrippen auf, die eine besonders effektive Kühlung des wärmeerzeugenden Bauelements bewirken. An den Außenkanten weist das Kühlkorpermodul zueinander komplementäre Oberflächenstrukturen auf. Diese Oberflächenstrukturen können beispielsweise durch eine Aufeinanderfolge von Erhebungen und Vertiefungen gebildet sein. Mit Hilfe der zueinander komplementären Oberflächenstrukturen können mehrere gleiche Kühlkörpermodule in einer Ebene zusammengefügt werden. Die Oberflächenstrukturen des Kühlkörpermoduls sind so ausgebildet, daß ein Kühlkorpermodul m nur einer Orientierung an ein weiteres Kühlkorpermodul fügbar ist. Durch das Zusammenfügen mehrerer erfindungsgemäßer

Kühlkörpermodule kann eine Anordnung von Kühlkörpermodulen flexibler Größe und Form gebildet werden. Ferner hat das erfindungsgemäße Kühlkorpermodul den Vorteil, daß durch die Ausbildung der Oberflächenstruktur eine definierte Orientierung des wärmeerzeugenden Bauelementes bezuglicn des Kühlkörpermoduls eingestellt werden kann, welche sich durch das Zusammenfügen mehrerer Kühlkörpermodule auch auf die Anordnung mehrerer wärmeerzeugender Bauelemente untereinander übertragen läßt. Dies hat beispielsweise den Vorteil, daß mehrere gleich orientierte Bauelemente besonders einfach kontaktiert werden können.

Ferner ist ein Kühlkorpermodul besonders vorteilhaft, das erfindungsgemäß einen quadratischen Grundriß aufweist und schachbrettartig mit gleichen Kühlkörpermodulen zusammenfügbar ist . Em solches Kühlkorpermodul mit quadratischem Grundriß ist sehr leicht herzustellen. Ferner hat ein Kühlkorpermodul mit quadratischem Grundriß den Vorteil, daß es schachbrettartig mit weiteren Kühlkörpermodulen zusammenfügbar ist, wodurch sich eine Anordnung von Kühlkόrpermodulen ergibt, die glatte Außenwände und eine kompakte, beispielsweise rechteckige, Außenkontur aufweist .

Die Oberflächenstrukturen des Kühlkörpermoduls können erfindungsgemäß durch Vorsprünge und dazu komplementäre Ausnehmungen gebildet sein. Dabei können die Ausnehmungen beispielsweise durch m der Ebene verlaufende Sacklöcher und die Vorsprünge durch Rundzapfen realisiert werden. Em solches Kühlkorpermodul hat den Vorteil, daß die Ausnehmungen und Vorsprünge relativ einfach mit den üblichen Werkzeugmaschinen herstellbar sind. Des weiteren hat e solches Kühlkorpermodul den Vorteil, daß es an em weiteres Kühlkorpermodul steckbar ist, wodurch sich quer zur Ebene eine mechanische Festigkeit der daraus gebildeten Anordnung von Kühlkörpermodulen ergibt .

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Ausnehmungen besteht darin, die Ausnehmungen als Nuten und die Vorsprünge als m die Nuten passende Federn auszuführen. Dadurch ist es möglich, einen mechanischen Kontakt auf der gesamten Lange der die Nut bzw. die Feder aufweisende Außenkante herzustellen, wodurch sich eine besonders hohe Stabilität der gebildeten Anordnung von Kύhlkörpermodulen ergibt .

Des weiteren ist es besonders vorteilhaft, die Vorsprünge des Kuhlkörpermoduls erfindungsgemäß als schwalbenschwanzförmige Feder auszuführen. Solche schwalbenschwanzformige Federn können m eine Richtung m eine dazu passende Ausnehmung geschoben werden, wodurch em mechanischer Haie m alle senkrecht zu dieser Richtung verlaufenden Richtungen resultiert. Insbesondere können die so zusammengefugten Kuhlkörpermodule nicht mehr einfach auseinandergezogen werden, wodurch sich em verbesserter Zusammenhalt ergibt. Es ist ferner ein Kühlkorpermodul besonders vorteilhaft, dessen Oberseite eine das Bauelement aufnehmende Vertiefung aufweist. Mit Hilfe einer solchen Vertiefung ist eine besonders einfache, schnelle und sichere Befestigung des Bauelements möglich. Insbesondere kommt in Betracht, das Bauelement in die Vertiefung einzukleben.

Für den Fall, daß das Bauelement eine elektrisch leitende Außenhülle aufweist und auch das Kühlkorpermodul aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, ist es besonders vorteilhaft, die Verklebung zwischen dem Bauelement und dem Kühlkorpermodul elektrisch isolierend auszuführen, um einen Kurzschluß zwischen den Bauelementen zu verhindern.

Des weiteren ist ein Kühlkorpermodul besonders vorteilhaft, auf dessen Oberseite ein Elektrolyt-Kondensator befestigt ist. Solche Kühlkörpermodule können beispielsweise zur Kühlung von Kondensatorbänken in Umrichtern verschiedener Leistungsklassen verwendet werden.

Die Erfindung gibt ferner eine Anordnung von

Kühlkörpermodulen an, bei der auf jedem Kühlkorpermodul das gleiche Bauelement befestigt ist, wobei die Bauelemente Anschlußelemente aufweisen. Jedes Bauelement ist mit seinen Anschlußelementen relativ zur Oberflächenstruktur des jeweiligen Kühlkörpers gleich ausgerichtet. Die Kühlkörpermodule sind eine durchgehende Platte bildend aneinandergefügt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Kühlkörpermodulen mit gleichen, Anschlußelemente aufweisenden Bauelementen kann die Orientierung der einzelnen Bauelemente relativ zu den sie tragenden Kühlkörpermodulen auf die durch die Anordnung gleicher Kühlkörpermodule gebildete Kondensatorbank übertragen werden. Dies hat den Vorteil, daß die einzelnen Bauelemente sehr einfach und rationell zu kontaktieren sind. Weiterhin ist eine Anordnung von Kühlkorpermodulen besonders vorteilhaft, bei der die Kühlkörpermodule von einem Rahmen zusammengehalten sind. Eine solche Anordnung von Kühlkörpermodulen hat den Vorteil einer erhöhten mechanischen Stabilität.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von

Ausführungsbeispielen und den dazu gehörigen Figuren näher erläutert .

Figur 1 zeigt em erfindungsgemäßes Kühlkorpermodul mit einem darauf befestigten Elektrolyt-Kondensator m Seitenansicht.

Figur 2 zeigt em erfindungsgemäßes Kühlkorpermodul, das mit Sacklöchern und Rundzapfen versehen ist, m Draufsicht.

Figur 3A zeigt em erfindungsgemäßes Kühlkorpermodul, das mit Nuten und Federn versehen ist, m einer ersten Seitenansicht.

Figur 3B zeigt das Kühlkorpermodul aus Figur 3A einer zweiten Seitenansicht .

Figur 3C zeigt das Kühlk rpermodul aus Figur 3A m Draufsicht .

Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung von Kühlkörpermodulen m Draufsicht.

Figur 1 zeigt em erfmdungsgemaßes Kuhlkörpermodul 1, an dessen Unterseite Kühlrippen 3 angeordnet sind. Auf der

Oberseite des Kühlkörpermoduls 1 befindet sich eine Vertiefung 6, m der em als Elektrolyt-Kondensator ausgebildetes Bauelement 2 angeordnet ist. Das Bauelement 2 weist em erstes Anschlußelement 7 und em zweites Anschlußelement 8 auf, die bei einem Elektrolyt -Kondensator die Kathode bzw. die Anode darstellen. Das Kühlkorpermodul besteht vorzugsweise aus einem Material, das gut wärmeleitend ist. Insbesondere kommen in Betracht Metalle, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Das Kühlkorpermodul 1 kann hergestellt werden durch Gießen oder auch durch Fräsen. In seinen lateralen Abmessungen entspricht es den Abmessungen des als Elektrolyt -Kondensator ausgebildeten Bauelements 2, wobei die Kapazitäten zwischen 100 μF und 10 mF bei Abmessungen von etwa 10-20 mm liegen. Die Kühlrippen 3 haben demnach einen Abstand von etwa 2-3 mm voneinander. Das Bauelement 2 kann beispielsweise eine Außenhülle aus Metall, insbesondere Aluminium, aufweisen. Bei Elektrolyt-Kondensatoren sind diese Außenhüllen meist mit der Kathode elektrisch leitend verbunden, so daß es von entscheidender Bedeutung ist, das Bauelement 2 gegenüber dem Kühlkorpermodul 1 elektrisch zu isolieren, um einen Kurzschluß zwischen mehreren Bauelementen 2 zu verhindern.

Eine solche elektrische Isolierung wird beispielsweise durch eine dünne KunststoffSchicht gebildet, die aus PVC bestehen kann und auf der Außenhülle des Bauelements 2 aufgebracht wird. Des weiteren kann die Unterseite des Bauelements mittels eines elektrisch isolierenden Klebers mit dem

Kühlkorpermodul 2 verbunden sein. Als elektrisch isolierender Kleber kommt insbesondere ein Kleber in Betracht, der Füllstoffe wie Glas oder Keramik aufweist.

Figur 2 zeigt ein Kühlkorpermodul 1, das eine Vertiefung 6 zur Aufnahme eines Bauelements aufweist . Ferner weist das Kühlkorpermodul 1 als Zapfen ausgebildete Vorsprünge 4 und dazu komplementäre, als Bohrungen ausgeführte Ausnehmungen 5 auf. Da die Vorsprünge 4 auf der unteren Kante des Kühlkörpermoduls 1 einen größeren Abstand haben, als auf der rechten Kante des Kühlkörpermoduls 1, ist nur eine einzige Orientierung beim Aneinanderfügen mehrerer gleicher Kühlkörpermodule 1 möglich. Ein zweites Kühlkorpermodul 1, das gemäß Figur 2 ausgeführt ist, könnte nur mit seiner linken Kante an die rechte Kante des in Figur 1 dargestellten Kühlkörpermoduls bündig angefügt werden. Figur 3A zeigt em Kühlkorpermodul 1 mit Kühlrippen 3. Es weist einen als schwalbenschwanzformige Feder ausgebildeten Vorsprung 4 auf .

Wie aus Figur 3B hervorgeht, weist es ferner auf der dem

Vorsprung 4 gegenüber liegenden Seite eine dazu komplementäre Ausnehmung 5 auf, die als Nut ausgebildet ist. Wie aus Figur 3B und aus Figur 3C hervor geht, weist das Kühlkorpermodul 1 ferner auf den beiden anderen gegenüberliegenden Seiten quer zu den Seitenkanten des Grundrisses des Kühlkorpermoduls 1 verlaufende schwalbenschwanzförmige Vorsprünge 4 und entsprechend dazu komplementäre Ausnehmungen 5 auf. Mit Hilfe der als Nut und Feder ausgeführten Vorsprung 4 und Ausnehmung 5 kann das Kühlkorpermodul 1 mit einem weiteren Kühlkorpermodul 2 durch Zusammenschieben m der Ebene aneinander gefügt werden. Die schwalbenschwanzförmige Ausführung der Federn verhindert, daß die beiden Kühlkörpermodule einfach wieder auseinandergezogen werden können und trägt so zur Stabilisierung der aus den beiden Kühlkörpermodulen gebildeten Anordnung bei. Die senkrecht zu den Kanten des Grundrisses des Kuhlkörpermoduls 1 verlaufenden Vorsprunge 4 bzw. Ausnehmungen 5 ermöglichen es, das Kühlkorpermodul 1 mit einem weiteren Kühlkorpermodul 2 durch Bewegung senkrecht zur Ebene des Kühlkörpermoduls zusammenzufügen, wobei durch die schwalbenschwanzförmige Ausführung der Vorsprunge 4 bzw. Ausnehmungen 5 em einfaches Auseinanderziehen der Kühlkörpermodule m der Ebene verhindert wird.

Figur 4 zeigt eine Anordnung mehrerer gleicher

Kuhlkörpermodule 1. Auf jedem Kühlkorpermodul 1 ist em Bauelement 2 angeordnet, wobei sich die Bauelemente 2 untereinander gleichen. Die Bauelemente 2 weisen jeweils em erstes Anschlußelement 7 und em zweites Anschlußelement 8 auf, die nach oben, auf die vom Kühlkorpermodul 1 abgewandte Seite des Bauelements 2 aus dem Bauelement herausgeführt sind. Aufgrund der nicht m Figur 4 dargestellten, eine eindeutige Orientierung vorgebenden Vorsprünge und Ausnehmungen der Kühlkörpermodule 1 können die Bauelemente 2 mit ihren Anschlußelementen 7,8 eindeutig relativ zu den Kühlkörpermodulen (1) orientiert werden. Die erfindungsgemäße Ausführung der Oberflächenstrukturen der Kühlkörpermodule (1) führt dazu, daß em Kühlkorpermodul (1) nur einer einzigen Orientierung an em anderes Kühlkorpermodul (1) fügbar ist, wodurch die identische Orientierung der Bauelemente 2 auf den Kühlkörpermodulen 1 erhalten bleibt. Dadurch ist es möglich, mehrere Bauelemente 2 zu Bauelementebänken zusammenzuschalten, wobei die Anschlußelemente 7,8 alle gleich orientiert sind, wodurch die elektrische Kontaktierung der Bauelemente 2 stark vereinfacht wird. Die zu einer Anordnung von Kühlkorpermodulen zusammengeschalteten Kühlkörpermodule 1 sind von einem Rahmen 9 zusammengehalten, der die mechanische Festigkeit der Anordnung von Kühlkörpermodulen erhöht und em Ausemanderfallen der einzelnen Kühlkörpermodule (1) verhindert.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beispielhaft gezeigten Ausführungsformen, sondern wird m ihrer allgemeinsten Form durch Anspruch 1 definiert.

Claims

Patentansprüche

1. Plattenartiges Kühlkorpermodul (1) mit polygonformigem

Grundriß, auf dessen Oberseite em wärmeerzeugendes Bauelement (2) befestigbar ist und dessen Unterseite Kühlrippen (3) aufweist, das an seinen Außenkanten zueinander komplementäre Oberflächenstrukturen aufweist, mit deren Hilfe mehrere gleiche Kühlkörpermodule (1) schachbrettartig in einer Ebene zusammenfügbar sind, wobei die Oberflächenstrukturen so ausgebildet sind, daß em Kühlkorpermodul (1) m nur einer Orientierung an em weiteres Kühlkorpermodul (1) fügbar ist.

2. Kühlkorpermodul nach Anspruch 1, das einen quadratischen Grundriß aufweist.

3. Kühlkorpermodul nach Anspruch 1 oder 2 , bei dem die Oberflächenstrukturen durch Vorsprünge (4) und dazu komplementäre Ausnehmungen (5) gebildet sind.

4. Kühlkorpermodul nach Anspruch 3 , bei dem die Ausnehmungen (5) m der Ebene verlaufende Sacklöcher und die Vorsprünge (4) Rundzapfen sind.

5. Kuhlkörpermodul nach Anspruch 3, bei dem die Ausnehmungen (5) Nuten und die Vorsprunge (4) Federn sind.

6. Kühlkorpermodul nach Anspruch 5 , bei dem die Vorsprunge (4) schwalbenschwanzförmige Federn sind.

7. Kuhlkörpermodul nach Anspruch 1 bis 6, dessen Oberseite eine das Bauelement (2) aufnehmende Vertiefung (6) aufweist.

8. Kühlkorpermodul nach Anspruch 7, bei dem das Bauelement (2) elektrisch isolierend in die Vertiefung (6) geklebt ist.

9. Kühlkorpermodul nach Anspruch 1 bis 8, auf dessen Oberseite ein Elektrolytkondensator befestigt ist .

10 Anordnung von Kühlkörpermodulen nach Anspruch 1 bis 9, bei der auf jedem Kühlkorpermodul (1) das gleiche, Anschlußelemente (7, 8) aufweisende Bauelement (2) befestigt ist, bei der alle Bauelemente (2) mit ihren

Anschlußelementen (7, 8) relativ zur Oberflächenstruktur des jeweiligen Kühlkörpermoduls (1) gleich ausgerichtet sind und bei der die Kühlkörpermodule (1) eine durchgehende Platte bildend aneinandergefügt sind.

11. Anordnung nach Anspruch 10, bei der die Kühlkörpermodule (1) von einem Rahmen (9) zusammengehalten sind.