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Die Erfindung betrifft eine elektronische
Baugruppe mit mehreren elektronischen Komponenten, die mit einem
Kühler
verbunden sind.
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Viele elektronische Komponenten erzeugen beim
Betrieb so viel Wärme,
daß sie
zur Erhöhung der
Lebensdauer und zur Bereitstellung konstanter Betriebsbedingungen
gekühlt
werden müssen.
Dabei ist es sinnvoll die wärme
erzeugenden Komponenten eines Systems zusammen mit einem Kühler zu
einer Baugruppe zusammen zu fassen. Der Kühler kann dabei beispielsweise
an einen Kühlmittelkreislauf
angeschlossen sein.
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Eine derartige elektronische Baugruppe
mit ein Leistungsmodul zur Ansteuerung eines Elektromotors bildenden
elektronischen Komponenten, die durch eine Kühleinheit gekühlt werden,
ist beispielsweise aus der
DE
196 45 635 C1 bzw.
DE 196 45 636 C1 bekannt. Dabei ist das Leistungsmodul
auf einer planaren Kühleinheit
angeordnet, wobei die Kühleinheit
an einen Kühlmittelkreislauf
angeschlossen ist.
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Der Nachteil dieser Baugruppe aus
elektronischen Komponenten und einem Kühler ist, daß elektronische
Komponenten mit einer besonders hohen Wärmeabgabe, wie beispielsweise
ein Leistungswiderstand, keine besonders hohe Kühlleistung erfahren.
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Eine planare Kühleinheit zur Kühlung elektronischer
Komponenten, mit dem oben genannten Nachteil, ist auch aus der
DE 42 32 763 A1 bekannt, die
den Aufbau eines Stromrichters beschreibt.
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Weiterhin ist aus der
DE 100 36 234 A1 ein Frequenzumrichter
für einen
Elektromotor bekannt, wobei ein Leistungsmodul, das eine höhere Verlustwärme erzeugt
als die übrigen
Bauteile, an einem erstem Kühlkörper mit
hoher Wärmeaustauschleistung
angeordnet ist und die übrigen
Bauteile an einem zweitem Kühlkörper mit
einer geringeren Wärmeaustauschleistung
angeordnet sind.
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Nachteilig an dieser Anordnung ist,
daß die beiden
Kühlkörper im
wesentlichen nur eine gemeinsame Kontaktfläche besitzen und darüber hinaus thermisch
entkoppelt sind, so daß die
Kühlleistung, die
die Bauteile erfahren, sehr von ihrem jeweiligen Anbringungsort
abhängt.
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Eine Vorrichtung mit verbesserter
Kühlleistung
für ein
Halbleiterbauelement beschreibt die
DE 42 32 763 A1 , wobei das Halbleiterbauelement
mit einem kühlmittel-umströmten Kühlkörper verbunden ist.
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Der Nachteil dieser Vorrichtung ist,
daß die Kühlleistung
lediglich an ein einziges Halbleiterbauelement im Inneren des Kühlkörpers abgegeben
werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
elektronische Baugruppe aus mehreren elektronischen Komponenten,
die mit einem kühlmittel-durchströmten, aus
einem Kühlkörper und
einem Kühlergehäuse bestehenden
Kühler
verbunden sind, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 anzugeben, bei dem elektronische Komponenten
mit einer besonders hohen Wärmeabgabe
eine besonders hohe Kühlleistung
erfahren.
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Zudem soll die elektronische Baugruppe
einen sehr kompakten Aufbau aufweisen, einen geringen Bauraum einnehmen
und dabei zum Ausführen von
Wartungsarbeiten leicht zugänglich
sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale in den Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst. Demnach
ist der Kühler
derart ausgebildet, daß der
Kühlkörper einen
Hohlraum aufweist und so in dem Kühlergehäuse angeordnet ist, daß mindestens
fünf Außenseiten
des Kühlkörpers ganzflächig von
den Innenseiten des Kühlergehäuses umgeben
sind und daß die
elektronischen Komponenten auf mindestens zwei Seiten des Kühlkörpers und/oder
des Kühlergehäuses angeordnet
sind.
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Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit
ist zwischen dem Kühlkörper und
dem Kühlergehäuse ein
Wärmeleitmittel
angeordnet.
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Innerhalb des Kühlkörpers sind vorteilhaft elektronische
Komponenten angeordnet, die eine besonders hohe Wärmeerzeugung
aufweisen. Eine derartige elektronische Komponente kann beispielsweise
der Entladewiderstand des Stromrichters einer Drehstrommaschine
sein.
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Die weiteren elektronischen Komponenten der
Drehstrommaschine, beispielsweise ein Kondensatorblock, Halbleitermodule
und Leiterplatten, sind auf den Außenflächen des Kühlergehäuses angeordnet.
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Durch die beschriebene elektronische
Baugruppe mit mehreren elektronischen Komponenten, die mit einem
einen Hohlraum aufweisenden Kühler verbunden
sind, können
auch elektronische Komponenten mit einer hohen Wärmeabgabe wirkungsvoll gekühlt werden,
wobei gleichbleibende Betriebsbedingungen und eine hohe Betriebsdauer
gewährleistet
werden. Dabei weist die elektronische Baugruppe einen sehr Kompakten
Aufbau auf, aus dem ein geringer Raumbedarf resultiert. Zum Ausführen von Wartungsarbeiten
kann der Kühlkörper leicht
vom Kühlmittelkreislauf
und vom Kühlkörpergehäuse getrennt
werden.
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Im folgenden ist eine elektronische
Baugruppe mit mehreren elektronischen Komponenten, die mit einem
einen Hohlkörper
aufweisenden Kühler verbunden
sind, anhand von einem Ausführungsbeispiele
im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der Bestandteile der elektronischen Baugruppe
mit den einzelnen elektronischen Komponenten, dem Kühlkörper sowie
dem Kühlergehäuse,
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2 eine
schematische Darstellung der fertig montierten elektronischen Baugruppe,
bei der die elektronischen Komponenten und der Kühlkörper mit dem Kühlkörpergehäuse verbunden
sind.
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In der 1 sind
als elektronisch Baugruppe die Bestandteile eines Stromrichters
einer Drehstrommaschine und eines Akkumulators dargestellt. Eine
Aufgabe eines Stromrichters ist es, den Ladestrom des Akkumulators
zu begrenzen. Dazu weist ein Stromrichter als elektronische Komponente
einen Entladewiderstand 3 auf, der die überschüssige von der Drehstrommaschine
generierte elektrische Leistung in Wärme umwandelt. Der Entladewiderstand 3 ist
dabei zur Umwandlung von Leistungen im Bereich von Kilowatt ausgelegt.
Als weiteren elektronische Komponenten weist der Stromrichter einen
Kondensatorblock 4, ein Halbleitermodul 5 sowie
eine Leiterplatte 6 für
Steuerelektronik auf, die ebenfalls in geringerem Maße Abwärme erzeugen
und die mit einer möglichst
konstanten Temperatur betrieben werden sollten.
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Zur Kühlung ist der Entladewiderstand 3 in einen
Kühlkörper 1 eingesetzt,
der würfelförmig ausgebildet
ist, und der eine Aussparung zur Aufnahme des Entladewiderstandes 3 aufweist.
Der Kühlkörper 1 ist
doppelwandig ausgeführt,
wodurch der Kühlkörper 1 Kammern
aufweist, die von einem Kühlmittel durchströmt werden.
Das Kühlmittel
wird dem Kühlkörper 1 über zwei
Kühlmittelanschlüsse 7 zugeführt, die
beide an einer Seite des Kühlkörpers 1 angeordnet
sind.
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Der Kühlkörper 1 ist in einem
Kühlkörpergehäuse 2 angeordnet,
aus dem der Kühlkörper 1 zu Wartungszwecken
entnommen werden kann. Zur verbesserten thermischen Anbindung sind
die Außenseiten
des Kühlkörpers 1 sowie
die Innenseiten des Kühlkörpergehäuses 2 mit
Rippen versehen, die sich beim Zusammenschieben des Kühlkörpers 1 und
des Kühlkörpergehäuses 2 großflächig überlappen.
Zudem ist zur weiteren Verbesserung der Thermischen Anbindung auf
den Rippen des Kühlkörpers 1 und
des Kühlkörpergehäuses 2 ein
Wärmeleitmittel aufgetragen.
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Der Kondensatorblock 4,
das Halbleitermodul 5 und die Leiterplatte 6 geben
weitaus weniger Wärme
ab als der Entladewiderstand 3 und benötigen somit eine entsprechend
geringere Kühlleistung. Ein
wesentlicher, durch die Kühlung
dieser elektronischen Komponenten bedingter Vorteil liegt in der
Bereitstellung gleichbleibender Betriebsbedingungen, durch die der
elektronische Aufwand zur Kompensation thermischer Einflüsse reduziert
werden kann. Dabei reicht es aus die Komponenten auf den Außenseiten
des Kühlkörpergehäuses 2 anzubringen. Zur
Verbesserung der thermischen Anbindung ist zwischen dem Kondensatorblock 4,
dem Halbleitermodul 5 und der Leiterplatte 6 sowie
dem Kühlkörpergehäuse 2 ebenfalls
ein Wärmeleitmittel
angeordnet.
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2 zeigt
die elektronische Baugruppe mit den auf das Kühlkörpergehäuse 2 montierten elektronischen
Komponenten Kondensatorblock 4, Halbleitermodul 5 und
Leiterplatte 6, sowie mit dem in das Kühlkörpergehäuse 2 eingesetzten
Kühlkörper 1 sowie
den im in den Kühlkörper 1 eingesetzten
Entladewiderstand 3.
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Die 2 veranschaulicht
vor allem den sehr Kompakten Aufbau der elektronischen Baugruppe.
Dabei sind die Kühlmittelanschlüsse 7 und
die elektrischen Anschlüsse
des Entladewiderstandes 3, des Kondensatorblocks 4 und
des Halbleitermoduls 5 auf einer Seite der würfelförmigen elektronischen Baugruppe
zusammengefaßt.
Die primär
mit dem Kondensatorblock 4 verbundenen elektrischen Anschlüsse 8 sind über Ausformungen
der in Sandwichbauweise hergestellten Trägerplatine des Kondensatorblocks 4 mit
dem Halbleitermodul 5 und der Leiterplatte 6 kontaktiert.
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Tritt beispielsweise am Kühlkörper 1 eine Undichtigkeit
auf, so daß Kühlmittel
austritt, werden die elektrischen Anschlüsse 8 abgezogen, die
Kühlmittelanschlüsse 7 gelöst, wonach
der Kühlkörper 1 aus
dem Kühlkörpergehäuse 2 gezogen
werden kann. Die weiteren elektronischen Komponenten Kondensatorblock 4,
Halbleitermodul 5 und Leiterplatte 6 brauchen
dabei nicht vom Kühlkörpergehäuse 2 abgelöst zu werden.
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Als Befestigung des Kühlkörpers 1
im Kühlkörpergehäuse 2 ist
beispielsweise eine einfache Verschraubung vorteilhaft, oder es
werden beispielsweise speziell angepaßte Klammern verwendet, die den
Kühlkörper 1 gegen
das Kühlkörpergehäuse 2 pressen.
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Durch die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe
wird der eine besonders hohen Wärmeabgabe
aufweisende Entladewiderstand 3 eines Stromgleichrichters
durch die Einbettung in einen einen Hohlraum aufweisenden Kühlkörper 1 besonders
wirkungsvoll gekühlt.
Dabei weist die elektronische Baugruppe einen sehr kompakten Aufbau
auf, der einen geringen Bauraum einnimmt und der für Wartungsarbeiten
leicht zugänglich
ist.