DE202016008394U1 - Device comprising a power part comprising a power electronics and a housing surrounding this, in particular welding device, and housing for a welding device - Google Patents
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Abstract
Gerät mit einem eine Leistungselektronik umfassenden Leistungsteil und einem dieses umgebenden Gehäuse (100), insbesondere Schweißgerät mit einer Schweißstromquelle, bei dem das Gehäuse (100) in seinem Inneren Elektronikkomponenten (700) und Kühlkomponenten mit mindestens einem Kühlkörper (500) enthält, welcher eine Basisplatte (502) und mit dieser in thermisch leitender Verbindung stehende, von Kühlluft umströmte Kühlelemente (501) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (501) stiftartig ausgebildet sind.Apparatus comprising a power unit comprising a power electronics unit and a housing (100) surrounding it, in particular a welding apparatus with a welding power source, in which the housing (100) contains in its interior electronic components (700) and cooling components with at least one heat sink (500) having a base plate Having (502) and with this in thermally conductive connection, cooled by cooling air cooling elements (501), characterized in that the cooling elements (501) are formed like a pin.
Description
Die Erfindung betrifft ein Gerät mit einem eine Leistungselektronik umfassenden Leistungsteil und einem dieses umgebenden Gehäuse, insbesondere ein Schweißgerät mit einer Schweißstromquelle, bei dem das Gehäuse in seinem Inneren Elektronikkomponenten und Kühlkomponenten mit mindestens einem Kühlkörper enthält, welcher eine Basisplatte und mit dieser in thermisch leitender Verbindung stehende, von Kühlluft umströmte Kühlelemente aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Gehäuse. The invention relates to a device having a power electronics comprehensive power part and a surrounding housing, in particular a welding device with a welding power source, wherein the housing contains in its interior electronic components and cooling components with at least one heat sink, which is a base plate and with this in thermally conductive connection has standing, cooled by cooling air cooling elements. The invention further relates to a corresponding housing.
Geräte mit einem Leistungsteil der eingangs genannten Art kommen für unterschiedliche Anwendungsfälle zum Einsatz, beispielsweise bei Schweißgeräten mit Schweißstromquellen, aber auch Schneidgeräten, Wechselrichtern oder weiteren Anwendungen, bei denen aufgrund hoher elektrischer Leistungen (typischerweise im Leistungsbereich von 2 kW bis 20 kW oder höher) eine beträchtliche Abwärme abzuführen ist. Bei Schweißgeräten betreffen typische Einsatzgebiete beispielsweise WIG/TIG-, MIG/MAG-Schweißverfahren, Plasma- oder Lötverfahren, oder dergleichen. Dabei wird in der Schweißstromquelle mittels Leistungselektronik der für das Schweißen benötigte hohe elektrische Strom erzeugt, wobei in der Regel eine hohe Abwärme durch die Elektronikkomponenten anfällt. Daher ist eine ausreichende Kühlung der Elektronikkomponenten in dem Gehäuse zu gewährleisten, womit ein nicht geringer konstruktiver und funktionsbedingter Aufwand verbunden ist. Devices with a power unit of the type mentioned are used for different applications, for example in welders with welding power sources, but also cutters, inverters or other applications in which due to high electrical power (typically in the power range of 2 kW to 20 kW or higher) dissipate considerable waste heat. In welding machines, typical applications include, for example, TIG / TIG, MIG / MAG welding, plasma or soldering, or the like. In this case, the high electrical current required for welding is generated in the welding power source by means of power electronics, which usually results in a high waste heat through the electronic components. Therefore, a sufficient cooling of the electronic components in the housing to ensure, which is not a minor constructive and functional effort is connected.
In der
Ein weiteres Schweißgerät mit einer Kühlung ist in der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein benutzerfreundliches Gerät, insbesondere Schweißgerät, der eingangs genannten Art mit effizienten Kühleigenschaften für den Leistungsteil, beispielsweise die Schweißstromquelle, bereitzustellen. The invention has for its object to provide a user-friendly device, in particular welding device, of the type mentioned above with efficient cooling properties for the power section, such as the welding power source.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 20 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die Kühlelemente stiftartig ausgebildet sind. „Stiftartig“ bedeutet hier, dass die Ausdehnung der Kühlelemente in eine Raumrichtung (vorzugsweise in ihrer Längs- bzw. Höhenrichtung, rechtwinklig zu der Basisplatte) wesentlich größer ist, z.B. mindestens dreimal größer, als in die beiden anderen zur Höhenrichtung rechtwinkligen Raumrichtungen. Dabei weisen die Kühlelemente vorzugsweise einen symmetrischen Querschnitt (orthogonal zur Höhenrichtung) auf, der insbesondere rund, aber auch von anderer Form, wie oval, vieleckig (auch mit abgerundeten Ecken) oder dergleichen sein kann. Die runde Form bietet einen geringen Strömungswiderstand. Durch eine derartige Ausgestaltung der Kühlelemente lässt sich ein besonders effizienter Kühlkörper mit einer hohen Kühlleistung pro Masse erhalten: Die stiftartige Gestalt begünstigt die Ausbildung einer turbulenten Strömung an der wirksamen, im Wesentlichen durch die Kühlelemente gebildeten Wärmeabgabeoberfläche des Kühlkörpers, wodurch eine gute Wärmeabgabe von dem Kühlkörper an die Luft erreicht wird, die zur Kühlung an den Kühlelementen vorbeiströmt. Dabei kann die kühlende Luftströmung passiv oder aktiv erzeugt sein. Auf diese Weise wird die Kühlleistung insbesondere im Vergleich zu bei Schweißgeräten herkömmlich eingesetzten Lamellenkühlkörpern verbessert und es kann ein vergleichsweise kompakter Kühlkörper eingesetzt werden. Weiterhin bietet die stiftartige Ausbildung den Vorteil, dass der Kühlkörper aus unterschiedlichen Richtungen von Luft durchströmbar ist, was eine hohe Flexibilität bezüglich der Einbauposition des Kühlkörpers bietet. So ist die stiftartige Ausgestaltung insbesondere bei tragbaren oder anderen kompakten Schweißgeräten von Vorteil, kann aber auch bei größeren Geräten günstig sein. This object is achieved with the features of claim 1 and claim 20. It is provided that the cooling elements are formed like a pin. As used herein, "pin-like" means that the extent of the cooling elements in a spatial direction (preferably in their longitudinal or vertical direction, perpendicular to the base plate) is substantially greater, e.g. at least three times larger than in the two other directions perpendicular to the vertical direction spatial directions. In this case, the cooling elements preferably have a symmetrical cross section (orthogonal to the height direction), which may be round, but also of another shape, such as oval, polygonal (also with rounded corners) or the like. The round shape offers a low flow resistance. By such a design of the cooling elements, a particularly efficient heat sink with a high cooling capacity per mass can be obtained: The pen-like shape favors the formation of a turbulent flow at the effective, substantially formed by the cooling elements heat transfer surface of the heat sink, creating a good heat transfer from the heat sink is reached to the air flowing past the cooling elements for cooling. In this case, the cooling air flow can be generated passively or actively. In this way, the cooling performance is improved, in particular compared to conventionally used in welding devices lamella heat sinks and it can be used a comparatively compact heat sink. Furthermore, the pin-like design has the advantage that the heat sink can be traversed by air from different directions, which offers a high degree of flexibility with respect to the installation position of the heat sink. Thus, the pin-like design is particularly advantageous for portable or other compact welding devices, but can also be favorable for larger devices.
Wenn die Kühlelemente an der Basisplatte angeformt sind, ist eine gute Wärmeübertragung, insbesondere durch Wärmeleitung, zwischen der Basisplatte und den Kühlelementen erreichbar. So kann beispielsweise Wärme von den Elektronikkomponenten an die Basisplatte abgegeben, von dort an die Kühlelemente geleitet und ausgehend von den Kühlelementen durch die Luftströmung nach außen abtransportiert werden. If the cooling elements are integrally formed on the base plate, a good heat transfer, in particular by heat conduction, between the base plate and the cooling elements can be achieved. For example, heat can be delivered from the electronic components to the base plate, passed from there to the cooling elements and transported away from the cooling elements by the air flow to the outside.
Mit einer hohen Präzision und zeiteffizient lässt sich ein geeigneter Kühlkörper herstellen, wenn die Kühlelemente an der Basisplatte mittels eines Fließpressverfahrens, insbesondere durch Kaltumformung, angeformt sind. Denkbar sind auch andere Herstellungsverfahren, beispielsweise auch, die Kühlelemente einzeln einzupressen. Je nach Herstellungsart kann ein vorgefertigter Zustand des Kühlkörpers nachbearbeitet werden, beispielsweise durch Fräsen, Anpassen der Kühlelemente in ihrer Länge (bzw. Höhe) oder andere Nachbearbeitungsschritte. With a high precision and time efficient, a suitable heat sink can be produced if the cooling elements are integrally formed on the base plate by means of an extrusion process, in particular by cold forming. Also conceivable are other manufacturing methods, for example, to press in the cooling elements individually. Depending on Production method, a prefabricated state of the heat sink can be post-processed, for example by milling, adjusting the cooling elements in their length (or height) or other post-processing steps.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuse in seinem Inneren einen Elektronikbereich, in dem Elektronikkomponenten angeordnet sind, und einen Kühlbereich auf, wobei der Kühlkörper mit den Kühlelementen in den Kühlbereich vorstehend in dem Gehäuse angeordnet ist. Denkbar sind auch mehrere Elektronikund/oder Kühlbereiche in dem Gehäuse. Durch eine derartige Unterteilung des Gehäuses können empfindliche Elektronikkomponenten der Leistungselektronik, wie z.B. eine Zündplatine, eine PFC(Power Factor Correction)-Platine und/oder zumindest Teile einer Steuerungselektronik und/oder auch andere Komponenten, geschützt in dem Elektronikbereich angeordnet werden, wo sie, je nach Ausgestaltung, nicht direkt von der kühlenden Luft beaufschlagt bzw. umströmt werden und z.B. geschützt gegenüber einer staub- oder feuchtigkeitsbeladenen Atmosphäre untergebracht sind. So kann eine Verunreinigung der empfindlichen Elektronikkomponenten, beispielsweise durch abrasive und/oder leitende Stäube in der Kühlluft, vermieden werden, was die Robustheit des Schweißgeräts erhöht und seine Einsatzmöglichkeiten erweitern kann. Jedoch können auch Elektronikkomponenten in dem Kühlbereich angeordnet werden, insbesondere wenn sie, wie z.B. der Schweißtransformator, weniger empfindlich und/oder besonders kühlintensiv sind. In a particularly advantageous embodiment, the housing has in its interior an electronics area, in which electronic components are arranged, and a cooling area, wherein the cooling body with the cooling elements in the cooling area is arranged in the housing in the top. Also conceivable are a plurality of electronics and / or cooling regions in the housing. By such a subdivision of the housing sensitive electronic components of the power electronics, such. an ignition board, a PFC (Power Factor Correction) board and / or at least parts of a control electronics and / or other components, are placed protected in the electronics area, where they, depending on the design, not directly acted upon or flows around the cooling air be and eg protected against a dust or moisture-laden atmosphere are housed. Thus, contamination of the sensitive electronic components, for example, by abrasive and / or conductive dusts in the cooling air, can be avoided, which increases the robustness of the welding machine and can expand its applications. However, electronic components may also be placed in the cooling area, especially if they are such as e.g. the welding transformer, are less sensitive and / or particularly cool.
Eine gute Kühlwirkung ist dadurch erreichbar, dass dem Kühlbereich zumindest ein Lüfter zur Erzeugung eines Luftstroms in dem Kühlbereich zugeordnet ist, der die Kühlelemente zur Erzeugung einer Kühlwirkung umströmt. Damit der Lüfter gut wirksam werden kann, sind dabei vorzugsweise mit dem Kühlbereich in Verbindung stehende Öffnungen an dem Gehäuse vorgesehen, insbesondere eine Lufteintritts- und -austrittsöffnung. A good cooling effect can be achieved in that the cooling area is assigned at least one fan for generating an air flow in the cooling area, which flows around the cooling elements for generating a cooling effect. In order for the fan to be effective, preferably openings communicating with the cooling area are provided on the housing, in particular an air inlet and outlet opening.
Ebenfalls einer guten Kühlwirkung ist es zuträglich, wenn in dem Kühlbereich zumindest ein von Luft durchströmter Kühlkanal gebildet ist, wobei die Kühlelemente in den Kühlkanal ragen und im Wesentlichen über die Breite (in y-Richtung) des Kühlkanals im Bereich des Kühlkörpers verteilt angeordnet sind. Der Kühlkanal kann dabei z.B. zumindest teilweise durch entsprechend angeordnete Leitelemente gebildet sein, wie etwa Wandbereiche, durch deren Anordnung eine Art Strömungspfad entsteht. Durch die bevorzugte Anordnung des Kühlkörpers in der Art, dass die Kühlelemente weitgehend über die Breite verteilt sind, die der Kühlkanal im Bereich des Kühlkörpers aufweist, lässt sich der Luftstrom konzentriert durch den kühlwirksamen Bereich des Kühlkörpers leiten, sodass eine effiziente Kühlung erreichbar ist. Vorteilhafterweise kann jedem Kühlkanal ein separater Lüfter zugeordnet sein. It is also beneficial for a good cooling effect if at least one cooling channel through which air flows is formed in the cooling region, wherein the cooling elements protrude into the cooling channel and are distributed substantially over the width (in the y direction) of the cooling channel in the region of the cooling body. The cooling channel may be e.g. be at least partially formed by appropriately arranged guide elements, such as wall areas, by the arrangement of a kind of flow path is formed. Due to the preferred arrangement of the heat sink in the way that the cooling elements are largely distributed over the width, which has the cooling channel in the region of the heat sink, the air flow can be concentrated through the effective cooling area of the heat sink, so that efficient cooling can be achieved. Advantageously, each cooling channel can be assigned a separate fan.
Die Kühlung lässt sich besonders effizient gestalten, wenn in dem Gehäuse mehrere Kühlbereiche und/oder in dem Kühlbereich mehrere Kühlkanäle gebildet sind, denen je zumindest ein Kühlkörper oder ein Teil eines Kühlkörpers, insbesondere umfassend zumindest einen Teil eines Kühlelements, zugeordnet ist. Auf diese Weise können die Kühlkörper beispielsweise flexibel an Bereichen positioniert werden, in denen eine besonders hohe Abwärme anfällt. Dabei bildet ein Kühlkanal eine Untereinheit eines Kühlbereichs, während ein Kühlbereich gegenüber dem Elektronikbereich zu unterscheiden ist. In einer anderen Variante können auch Kühlkanäle ohne Kühlkörper vorgesehen sein, in denen z.B. andere zu kühlende, insbesondere unempfindlichere Elektronikkomponenten, wie ein Transformator, angeordnet sein können. The cooling can be made particularly efficient if a plurality of cooling regions are formed in the housing and / or a plurality of cooling channels are formed in the cooling region, to which at least one heat sink or part of a heat sink, in particular comprising at least part of a cooling element, is assigned. In this way, the heat sinks can be positioned, for example, flexibly in areas where a particularly high waste heat is generated. In this case, a cooling channel forms a subunit of a cooling area, while a cooling area can be distinguished from the electronics area. In another variant, cooling channels without heat sinks can be provided, in which e.g. Other to be cooled, in particular less sensitive electronic components, such as a transformer can be arranged.
Eine gute Abfuhr von Abwärme der Elektronikkomponenten kann dadurch erreicht werden, dass der Kühlkörper insbesondere über die Basisplatte mit dem Elektronikbereich und/oder zu in diesem angeordneten Elektronikkomponenten in thermisch leitendem Kontakt stehend angeordnet ist. Der Kontakt kann unmittelbar oder mittelbar gegeben sein, z.B. über andere wärmeleitende Komponenten zwischen Elektronikkomponente/n und Kühlkörper, und/oder auch die Umgebungsluft der Elektronikkomponente/n. A good dissipation of waste heat of the electronic components can be achieved in that the heat sink is arranged in particular over the base plate with the electronics area and / or arranged in this arranged electronic components in thermally conductive contact. The contact may be direct or indirect, e.g. via other heat-conducting components between electronic component (s) and heat sink, and / or also the ambient air of the electronic component (s).
Insbesondere lässt sich eine direkte und daher effiziente Kühlung dadurch erreichen, dass eine von den Kühlelementen abgekehrte Seite der Basisplatte mit dem Elektronikbereich zumindest bereichsweise in Kontakt steht, wobei auf dem in Kontakt stehenden Bereich der Basisplatte mittelbar und/oder unmittelbar Elektronikkomponenten thermisch leitend befestigt sind. Dabei können die Elektronikkomponenten unmittelbar auf der Basisplatte aufgebracht sein, z. B. geklebt, gelötet, geschraubt oder auf andere Art befestigt. Mittelbar kann z.B. eine gut wärmeleitende Zwischenplatte zwischen Elektronikkomponenten und der Basisplatte angeordnet sein. In particular, a direct and therefore efficient cooling can be achieved in that a side of the base plate facing away from the cooling elements at least partially in contact with the electronics area, wherein on the contacting area of the base plate indirectly and / or directly electronic components are mounted thermally conductive. The electronic components can be applied directly to the base plate, z. B. glued, soldered, screwed or otherwise secured. Indirectly, e.g. a good heat-conducting intermediate plate between electronic components and the base plate may be arranged.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist an der Basisplatte, insbesondere auf der von den Kühlelementen abgekehrten Seite, eine Zwischenplatte oder auch eine Anordnung mehrerer Zwischenplatten, befestigt. Die Zwischenplatte liegt vorzugsweise in Richtung Elektronikraum und/oder steht mit diesem in Kontakt. Die Zwischenplatte kann zum einen für die Befestigung von Elektronikkomponenten dienen. Zusätzlich (oder alternativ) kann der Zwischenplatte eine Wärmespeicherfunktion zukommen, sodass die Wärmespeicherkapazität des Kühlkörpers, insbesondere der Basisplatte, in Wirkverbindung mit der Zwischenplatte erhöht werden kann. In an advantageous embodiment variant, an intermediate plate or even an arrangement of a plurality of intermediate plates is attached to the base plate, in particular on the side facing away from the cooling elements side. The intermediate plate is preferably in the direction of the electronics compartment and / or is in contact therewith. The intermediate plate can serve on the one hand for the attachment of electronic components. In addition (or alternatively), the intermediate plate may have a heat storage function, so that the heat storage capacity of the heat sink, in particular the base plate, can be increased in operative connection with the intermediate plate.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Zwischenplatte durch eine IMS-(Isolierte Metall-Substrate)Leiterplatte gebildet ist, oder an der Zwischenplatte eine IMS-Leiterplatte befestigt ist. Die IMS-Leiterplatte weist als Basismaterialien insbesondere Aluminium und/oder Kupfer auf und dient vorzugsweise als Substrat für Elektronikkomponenten. Dabei bietet sie den Vorteil einer guten Wärmeableitung insbesondere von Abwärme, die an den darauf befestigten Elektronikkomponenten anfällt. It is particularly advantageous if the intermediate plate is formed by an IMS (insulated metal substrates) printed circuit board, or on the intermediate plate, an IMS printed circuit board is attached. The IMS circuit board has as base materials, in particular aluminum and / or copper and preferably serves as a substrate for electronic components. In this case, it offers the advantage of good heat dissipation, in particular of waste heat, which accumulates on the electronic components mounted thereon.
Ein vorteilhafter Aufbau des Gehäuses ist dadurch erreichbar, dass zwischen dem Elektronikbereich und dem Kühlbereich eine Trägerplatte zumindest teilweise mit einer Trennebenenanordnung zur Trennung des Elektronikbereichs und des Kühlbereichs voneinander angeordnet ist. Neben der Trennfunktion können der Trägerplatte bei entsprechender Ausgestaltung weitere Funktionen zukommen. Beispielsweise können an der Trägerplatte unterschiedliche Befestigungsstellen und/oder Aufnahmestellen oder dergleichen für verschiedene (Kühl- und/oder Elektronik-)Komponenten vorgesehen sein, sodass der Trägerplatte auch eine Befestigungsfunktion zukommt. Sie kann auch stabilisierend auf das Gehäuse gegen Druck von außen wirken, wenn die Trägerplatte sich von innen an dem Gehäuse abstützend ausgebildet ist. An advantageous construction of the housing can be achieved by arranging a carrier plate between the electronics area and the cooling area at least partially with a dividing plane arrangement for separating the electronics area and the cooling area from each other. In addition to the separation function of the support plate can be assigned with appropriate design further functions. For example, different fastening points and / or receiving points or the like for different (cooling and / or electronic) components may be provided on the support plate, so that the support plate also has a fastening function. It can also act stabilizing on the housing against external pressure when the support plate is formed from the inside to the housing supporting.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante weist die Trägerplatte eine Kühlkörperaufnahme auf, an der der Kühlkörper mittelbar oder unmittelbar befestigt ist. Wenn dabei der Kühlkörper mittels der Basisplatte zumindest teilweise in eine Ausnehmung der Kühlkörperaufnahme in der Trennebenenanordnung unter thermischem Kontakt zu dem Elektronikbereich und/oder zu in diesem angeordneten Elektronikkomponenten eingesetzt ist, lässt sich der Kühlkörper einfach, sicher und effizient kühlend in dem Gehäuse positionieren. In an advantageous embodiment variant, the carrier plate has a heat sink receptacle to which the heat sink is attached directly or indirectly. If the heat sink by means of the base plate is at least partially inserted into a recess of the heat sink receptacle in the parting plane arrangement under thermal contact with the electronics area and / or arranged in this electronic components, the heat sink can be positioned easily, safely and efficiently cooling in the housing.
Vorzugsweise sind der Kühlbereich und der Elektronikbereich mittels der Trägerplatte, insbesondere unter Verwendung von Dichtelementen, zumindest teilweise gegeneinander abgedichtet. Als Dichtelemente können dabei beispielsweise kunststoffoder gummiartige Dichtelemente verwendet werden, die z.B. zwischen Trägerplatte und Gehäuse und/oder Durchführungen in der Trägerplatte und/oder anderen Öffnungen positioniert sind. Auf diese Weise lassen sich abrasive und teils leitfähige Stäube von Elektronikkomponenten in dem Elektronikbereich weitgehend fernhalten, was sich positiv auf die Störanfälligkeit und Lebensdauer des Schweißgeräts auswirkt. Bei herkömmlichen Schweißgeräten, bei denen der Elektronikbereich nicht von dem Kühlbereich entkoppelt ist, werden in der Regel empfindliche Elektronikkomponenten zum Schutz gegen Stäube und dergleichen mit einer Art Schutzglasur versehen. Auf eine derartige aufwändige Schutzschicht kann durch die hier vorgesehene Entkopplung verzichtet werden, was auch die Baugruppenprüfung und Reparatur vereinfacht. The cooling area and the electronics area are preferably at least partially sealed against one another by means of the carrier plate, in particular using sealing elements. In this case, plastic or rubber-like sealing elements can be used as sealing elements, e.g. between carrier plate and housing and / or feedthroughs in the carrier plate and / or other openings are positioned. In this way, abrasive and partially conductive dusts of electronic components in the electronics sector can be largely kept away, which has a positive effect on the susceptibility and durability of the welding machine. In conventional welding devices, in which the electronics area is not decoupled from the cooling area, sensitive electronic components for protection against dusts and the like are usually provided with a kind of protective glaze. In such a complex protective layer can be dispensed with by the decoupling provided here, which also simplifies the assembly verification and repair.
Wenn bei Vorhandensein mehrerer Kühlkörper diese zumindest zum Teil voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind, lassen sich die jeweils mit voneinander isolierten Kühlkörpern in elektrisch leitendem Kontakt stehenden Elektronikkomponenten voneinander elektrisch isoliert halten oder auch definiert über andere Wege (insbesondere Kabelverbindungen oder dergleichen) miteinander elektrisch leitend in Kontakt bringen. Auch können Kühlkörper elektrisch leitend miteinander gekoppelt sein, sodass sich ein gleiches Potential zwischen ihnen einstellt. Durch eine Kombination von elektrischer Isolation und Kopplung von Kühlkörpern sich lassen z.B. drei Kühlkörper mit zwei gleichen Potentialen bereitstellen (oder auch andere Kühlkörper-/Potentialanzahlen). Auf diese Weise können die Kühlkörper vorteilhaft in ein Stromleitungskonzept eingebunden und ein sicherer Betrieb gewährleistet werden. Die einzelnen Kühlkörper selbst können dabei (Störpotenziale verhindernde) Potenzialstrecken bilden, sodass zwischen elektrisch leitend mit einem Kühlkörper in Kontakt stehenden Elektronikkomponenten kein undefinierter Stromfluss über die Basisplatte entsteht. If, in the presence of a plurality of heat sinks, these are at least partially electrically insulated from one another, the electronic components insulated with each other can be kept electrically insulated from one another or else electrically conductively connected to each other via other paths (in particular cable connections or the like) bring. Also, heatsinks can be electrically conductively coupled to each other so that an equal potential is established between them. By a combination of electrical isolation and coupling of heat sinks, e.g. Provide three heat sinks with two equal potentials (or other heat sink / potential numbers). In this way, the heat sink can advantageously be integrated into a power line concept and safe operation can be ensured. The individual heat sinks themselves can form potential paths (potentials that prevent potential interference), so that no undefined current flow occurs across the base plate between electronic components that are in electrical contact with a heat sink.
Vorteilhaft lassen sich die Kühlkörper in ein Stromleitungskonzept einbeziehen, wenn auf der Basisplatte des Kühlkörpers unter Zwischenlage einer gut wärmeleitenden elektrischen Isolation stromleitende Verbindungen vorgesehen sind und/oder der Kühlkörper einen Teil einer stromleitenden Verbindung bildet. Die stromleitenden Verbindungen auf dem Kühlkörper können dort einen Stromkreis bilden und/oder in einen Stromkreis eingebunden sein. Die stromleitenden Verbindungen auf dem Kühlkörper liegen vorzugsweise zwischen Elektronikkomponenten und/oder Bauteilen einzelner Elektronikbaugruppen vor, wobei auch stromleitende Verbindungen mehrerer Stromkreise auf einem Kühlkörper vorgesehen sein können. Die Isolation zwischen den elektrisch leitenden Verbindungen kann z.B. mittels einer Leiterplatte, insbesondere einer IMS-Leiterplatte, durch Anordnung als voneinander getrennte Baugruppen und/oder Module oder dergleichen gewährleistet werden. Bei dieser Variante sind die Elektronikkomponenten bzw. die stromleitenden Verbindungen vorzugsweise elektrisch isoliert von (aber thermisch leitend zu) der Basisplatte angeordnet. Der Kühlkörper kann selbst Teil einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen Elektronikkomponenten bilden. Advantageously, the heat sink can be included in a power line concept, if current-conducting connections are provided on the base plate of the heat sink with the interposition of a good thermal conductivity electrical insulation and / or the heat sink forms part of an electrically conductive connection. The current-conducting connections on the heat sink can form a circuit there and / or be integrated into a circuit. The current-conducting connections on the heat sink are preferably present between electronic components and / or components of individual electronic assemblies, wherein also current-conducting connections of several circuits can be provided on a heat sink. The insulation between the electrically conductive connections can e.g. be ensured by means of a printed circuit board, in particular an IMS printed circuit board, by arranging as separate modules and / or modules or the like. In this variant, the electronic components or the electrically conductive connections are preferably arranged in an electrically insulated manner from (but thermally conductive to) the base plate. The heat sink may itself form part of an electrically conductive connection between electronic components.
In einer Ausgestaltungsvariante weisen bei Vorhandensein mehrerer Kühlkörper die Basisplatten der einzelnen Kühlkörper zueinander unterschiedliche Stärken und/oder ihre Kühlelemente unterschiedliche geometrische Abmessungen auf. Die Stärke kann jeweils auch oder zusätzlich durch mindestens eine Zwischenplatte variiert werden. Durch eine Variation der Stärke (Dicke) der Basisplatte, ggf. in Verbindung mit zumindest einer Zwischenplatte, lässt sich die Wärmespeicherkapazität des Kühlkörpers variieren. Dadurch kann der Kühlkörper auch auf dynamische Vorgänge einer spezifischen Kühlaufgabe abgestimmt werden. Die Kühlaufgabe kann sich durch unterschiedliche Einflussfaktoren bestimmen, beispielsweise durch die von dem Kühlkörper aufzunehmende und abzugeben Abwärme auch in Verbindung mit zeitlichen Komponenten, wie eine Einschaltdauer der Schweißstromquelle, insbesondere innerhalb eines vorgegebenen Einschaltzyklus. In der Regel wärmt sich der Kühlkörper und auch andere Bauteile, insbesondere Elektronikkomponenten, während der Einschaltdauer auf, da die Wärmezufuhr die Abgabe überwiegt. Spätestens bei Erreichen einer vorgegebenen Bauteilspitzentemperatur des Kühlkörpers oder anderer temperaturüberwachter Bauteile, deren Spitzentemperatur nicht überschritten werden darf (z.B. Transformator/en, Leitungsdiode/n), wird die Schweißstromquelle abgeschaltet und der Kühlköper kühlt wieder ab. Durch eine abgestimmte Speicherkapazität lässt sich die Zeit bis zum Erreichen einer vorgegebenen Spitzentemperatur entsprechend der Kühlaufgabe anpassen und der Kühlkörper, ggf. in Verbindung mit einer/mehreren Zwischenplatte/n, derart auslegen, dass die Summe von Aufwärm- und Abkühlzeit einen vorgegebenen Einschaltzyklus, z.B. in einer Periode von 10 Minuten, möglichst gut ausnutzt, z.B. 6 Minuten Schweißen (entspricht Aufwärmzeit des Kühlkörpers), 4 Minuten Abkühlen So kann auch die Speicherkapazität des Kühlkörpers, ggf. in Verbindung mit der/den Zwischenplatte/n, die mögliche Spitzenleistung bzw. Leistung bei dauerhaftem Schweißen bestimmen. Durch die Möglichkeit, unterschiedliche geometrische Abmessungen der Kühlelemente vorzusehen, kann der Kühlkörper ebenfalls variabel auf die Kühlaufgabe abgestimmt werden. Beispielsweise lassen sich durch Geometrie der Kühlelemente die Wärmeleitung und/oder der konvektive Wärmeabtransport variieren, und/oder auch die geometrische Höhe bzw. Abmessung des Kühlkörpers. Zudem bestehen vorteilhafte Abstimmungsmöglichkeiten auf die Kühlanforderungen durch die Kombination von Kühlkörpern unterschiedlicher Abmessungen. In one embodiment variant, in the presence of a plurality of heat sinks, the base plates of the individual heat sinks have mutually different strengths and / or their cooling elements have different geometrical dimensions. The strength can also or additionally through at least one intermediate plate can be varied. By varying the thickness (thickness) of the base plate, possibly in conjunction with at least one intermediate plate, the heat storage capacity of the heat sink can be varied. As a result, the heat sink can also be tuned to dynamic processes of a specific cooling task. The cooling task can be determined by different influencing factors, for example by the waste heat to be absorbed and released by the heat sink, also in conjunction with temporal components, such as a switch-on duration of the welding power source, in particular within a predetermined switch-on cycle. In general, the heat sink and other components, in particular electronic components, warms during the duty cycle, since the heat supply outweighs the delivery. At the latest when a predetermined component tip temperature of the heat sink or other temperature-monitored components whose peak temperature must not be exceeded (eg transformer / s, line diode / s), the welding power source is switched off and the heat sink cools down again. By a coordinated storage capacity, the time to reach a predetermined peak temperature can be adjusted according to the cooling task and interpret the heat sink, possibly in conjunction with one / more intermediate plate / s, such that the sum of warm-up and cool down a predetermined duty cycle, eg in a period of 10 minutes, as well as possible, eg 6 minutes of welding (corresponds to warm-up time of the heat sink), 4 minutes cooling Thus, the storage capacity of the heat sink, possibly in conjunction with the / the intermediate plate / s, the possible peak power or Determine performance with permanent welding. By being able to provide different geometric dimensions of the cooling elements, the heat sink can also be variably adjusted to the cooling task. For example, the heat conduction and / or the convective heat removal can be varied by the geometry of the cooling elements, and / or also the geometric height or dimension of the heat sink. In addition, there are advantageous voting options on the cooling requirements by the combination of heat sinks of different dimensions.
Eine hohe Flexibilität für den Einsatz der Kühlkörper lässt sich dadurch erreichen, dass bei Vorhandensein mehrerer Kühlkörper diese in unterschiedlicher Ausrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Kühlelemente in ihrer Höhe im Wesentlichen rechtwinklig zu einem Luftstrom ausgerichtet sind. Beispielsweise können Kühlkörper mit einer Mittellängsachse der Basisplatte in Längs- oder in Querrichtung in einem Luftstrom stehend eingesetzt werden. Dies wird insbesondere durch symmetrisch ausgebildete Kühlelemente ermöglicht, bei denen ähnliche Anströmverhältnisse aus unterschiedlichen Richtungen vorliegen. Denkbar ist auch, dass mehrere Kühlkörper direkt hintereinander eingesetzt werden, um eine größere Kühlfläche zu erreichen. Durch eine derartige Segmentierung der Kühlfläche bzw. Kaskadierung gleich bzw. ähnlich aufgebauter Kühlkörper sind verschiedene spezifische Kühlaufgaben, auch in unterschiedlichen Schweißgeräten, mit im Wesentlichen einander entsprechenden Kühlkörpern lösbar. Insbesondere lassen sich Kühlkörper verwenden, die in einem einheitlichen Verfahren herstellbar bzw. vorfertigbar sind, wobei sie beispielsweise durch Nachbearbeitung, wie etwa Fräsen der Basisplatte, voneinander modifiziert werden können. Durch das zumindest teilweise einheitliche Herstellungsverfahren verringert sich der Herstellungsaufwand erheblich, was mit entsprechenden Kostenvorteilen verbunden ist. Die Einsetzbarkeit der Kühlkörper nach einer Art Baukastensystem bietet daher sowohl eine hohe Flexibilität bezüglich der Kühlaufgabe als auch Kostenvorteile. A high flexibility for the use of the heat sink can be achieved that are arranged in different orientation in the housing in the presence of a plurality of heat sinks, wherein the cooling elements are aligned in height substantially perpendicular to an air flow. For example, heat sinks can be used with a central longitudinal axis of the base plate in the longitudinal or transverse direction in an air stream standing. This is made possible, in particular, by symmetrically designed cooling elements in which similar flow conditions are present from different directions. It is also conceivable that several heat sinks are used directly behind one another in order to achieve a larger cooling surface. By such a segmentation of the cooling surface or cascading equal or similar constructed heat sink various specific cooling tasks, even in different welding equipment, with substantially mutually corresponding heat sinks are solvable. In particular, it is possible to use heat sinks which can be produced or prefabricated in a uniform method, wherein they can be modified from each other, for example, by post-processing, such as milling of the base plate. Due to the at least partially uniform manufacturing process, the production cost is reduced significantly, which is associated with corresponding cost advantages. The applicability of the heat sink according to a kind of modular system therefore offers both a high flexibility in terms of cooling task and cost advantages.
Das in Anspruch 20 niedergelegte Gehäuse ist insbesondere für den Einsatz bei Schweißgeräten geeignet, kann jedoch auch bei anderen Anwendungen, bei denen Leistungselektronik in einem Gehäuse untergebracht ist, wie beispielsweise Wechselrichter, Schneidgeräte oder dergleichen, vorteilhaft eingesetzt werden. Dabei können auch bei solchen anderen Anwendungen die in den Unteransprüchen dargestellten Ausgestaltungsvarianten herangezogen werden. The housing set forth in claim 20 is particularly suitable for use in welding equipment, but can also be used advantageously in other applications in which power electronics are housed in a housing, such as inverters, cutters or the like. In this case, the design variants described in the subclaims can also be used in such other applications.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawings. Show it:
Die Darstellung lässt schematisch die Innenaufteilung des Gehäuses
Der Elektronikbereich
In dem Elektronikbereich
Der Kühlbereich
Weiterhin ist an der Trägerplatte
Die Trägerplatte
Eine weitere vorteilhafte Funktion der Trägerplatte
Das Gehäuse
Im Schweißbetrieb stellt die Schweißstromquelle den für den Schweißprozess benötigten hohen Schweißstrom zur Verfügung. Dabei fällt eine teils beträchtliche Abwärme an den Elektronikkomponenten
Der Kühlkörper
Insbesondere aufgrund der stiftartigen Ausführung der Kühlelemente
Die
Besonders vorteilhaft lassen sich die Kühlkörper
Die Trägerplatte
Ein Umfang der Trennebenenanordnung
Auf der gezeigten, in Richtung des Kühlbereichs
Die Zwischenwand
Im Bereich der ersten Querseite
Von der Lüfteraufnahme
Weiter in Richtung der zweiten Querseite
Im (in
In dem neben dem Kühlkanal
Auf der zu dem Elektronikbereich
Die seitlichen Umrandungen
Weiterhin sind in der Trägerplatte
Durch die vielfältig angeordneten Bereiche, mit denen sich die Trägerplatte
Mit Kühlkörpern der vorstehend beschriebenen Art lassen sich, insbesondere auch in Kombination mit der vorstehend beschriebenen Trägerplatte, Leistungsteile wie Schweißstromquellen funktionsgerecht strukturiert gestalten und effizient kühlbare Geräte, insbesondere Schweißgeräte bzw. Gehäuse mit Leistungs-Elektronikkomponenten bereitstellen. With heat sinks of the type described above, in particular in combination with the carrier plate described above, power components such as welding power sources can be structurally functionally structured and provide efficiently coolable devices, in particular welding devices or housings with power electronic components.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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