DE9403685U1

DE9403685U1 - Kühlkörper

Info

Publication number: DE9403685U1
Application number: DE9403685U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2004-03-05
Also published as: DE9304128U1

Description

GR 93 G 3131 DE Ol

Siemens Aktiengesellschaft

Kühlkörper
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Die Erfindung bezieht sich auf einen strangförmigen Kühlkörper mit Rippen oder Zapfen, an dem in Strangrichtung hintereinander mehrere zu kühlende elektrische Bauelemente vorgesehen sind und wobei ein Kühlmedium, vorzugsweise Luft, in Strangrichtung am Kühlkörper entlangströmt.

Moderne Leistungselektronik fordert im allgemeinen eine Kühlung von den dort eingesetzten Leistungshalbleitern. Dabei werden die zu kühlenden Halbleiterelemente auf einem einzigen strangförmigen Kühlkörper mit homogenen Prüfverlauf montiert. Wenn die Kühlluft in Strangrichtung des Kühlkörpers strömt, sei es durch Konvektion sei es durch Lüftereinsatz, führt dies dazu, daß zwar der am Eintritt des Kühlmediums gelegene Halbleiter sehr gut gekühlt wird, 0 daß jedoch die von ihm verursachte Aufheizung des Kühlmediums dazu führt, daß der nächste, in der Reihe liegende Halbleiter schon etwas schwieriger zu kühlen ist und so weiter. Um eine sichere Funktion der Gesamtanordnung zu gewährleisten, muß daher der Kühlkörper so dimensioniert werden, daß auch das am weitesten vom Eintritt des Kühlmediums entfernt elektronische Bauelement sicher entwärmt wird. Daher ist es erforderlich, entweder den Kühlkörper überzudimensionieren oder mit einer relativ starken Zwangsbelüftung zu arbeiten. Andernfalls wäre eine Leistungs-0 reduzierung der Gesamtanordnung vorzunehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühlkörper der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine gleichmäßige Kühlung der einzelnen Halbleiterbauelemente gewährleistet ist. 35

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Rippenfläche bzw. Zapfenfläche pro Stranglängeneinheit

Woe/Bih - 03.03.1994

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im Bereich des Lufteintritts kleiner gewählt ist als im Bereich des Luftaustritts.

Dies kann technisch relativ einfach dadurch realisiert werden, daß die Rippenhöhe oder Zapfenhöhe mindestens einzelner Zapfenreihen vom Lufteintritt zum Luftaustritt hin ansteigt. Während hierbei nur eine Variation der Rippenhöhe vorgenommen wird, ist es auch möglich, eine Variation der Rippenlänge vorzunehmen, indem vom Lufteintritt zum Luftaustritt hin zunächst relativ lange und dann relativ kurze Rippenabschnitte mindestens einzelner Rippen nicht vorhanden sind. Auch eine Mischform dieser beiden Prinzipien ist möglich. Wenn anstelle von durchgehenden Rippen zapfenförmige Kühlelemente vorgesehen sind, kann die entkühlende Zapfenfläche pro Stranglängeneinheit leicht dadurch variiert werden, daß die Zapfendichte vom Lufteintritt zum Luftaustritt steigt.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper als U-förmiger Basiskörper ausgebildet ist, in dessen Innenraum die hinsichtlich ihrer Kühlfläche zu variierenden Zapfen oder Rippen montiert sind. Der Basiskörper dient dabei nicht nur als Halterung der Zapfen oder Rippen, sondern er lenkt auch die Kühlluftströmung.

In diesem Zusammenhang können die Zapfen oder Rippen leicht dadurch montiert werden, daß sie mit einem Preßsitz oder durch eine Verklebung mit wärmeleitendem Kleber mit dem Basiskörper verbunden werden.

Ferner sei noch darauf hingewiesen, daß anstelle von Rippen auch Hohlkammerprofile verwendet werden können, die sich im technischen Einsatz bereits als ausgesprochen vorteilhaft erwiesen haben.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Darstellung gezeigt und werden im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1 bis 6 fünf erfindungsgemäße Kühlkörper mit Rippenprofil .

In der Darstellung gemäß FIG 1 ist ein Rippenkühlkörper gezeigt, der aus einem Basisprofil Bl besteht, an dem beispielsweise drei zu entwärmende IGBT-Transistoren T1-T3 montiert sind. Das Basisprofil weist in seinem Schenkelverbindungsstück Nuten auf, in die plattenförmige Rippen Rl-Rn eingesetzt werden können, wobei die Verbindung zwischen dem Basiskörper Bl und den Rippen Rl-Rn mit Hilfe von wärmeleitendem Kleber erfolgt.

Das Kühlmedium, in diesem Fall Luft, möge den Kühlkörper in der durch einen Doppelpfeil angedeuteten Richtung durchströmen. Die Strömung kann dabei zum einen durch Konvektion erreicht werden, indem die Montage des Gerätes so erfolgt, daß der Transistor Tl unterhalb des Transistors T2 angeordnet ist und dieser wiederum unterhalb des Transistors T3 liegt, so daß sich eine Auftriebsbewegung der Umgebungsluft ergibt; im technischen Einsatz wird jedoch davon auszugehen sein, daß diese Luftführung durch eine Lüfteranordnung, die der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist, verstärkt ist.

Wesentlich für dieses Ausführungsbeispxel der Erfindung ist 0 es nun, daß die einzelnen Rippen Rl-Rn sowie die Schenkel des Basisprofils Bl im Bereich des Kühlmediumeintritts angeschrägt sind. Diese Schrägung kann dabei im Extremfall so weit fortgeführt werden, wie dies durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Damit liegt im Bereich des Transistors Tl der Fall vor, daß hier das noch kühle Kühlmedium auf eine relativ kleine Kühlfläche einwirkt und daß letztendlich im Bereich des Transistors T3 das bereits durch die

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Transistoren Tl und T2 vorgeheizte Medium dafür auf eine relativ große Kühlfläche trifft. Dadurch ist eine Vergleichmäßigung des Wärmelaufs über das Gesamtprofil gewährleistet.
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Der Kühlkörper nach FIG 2 entspricht im wesentlichen demjenigen nach FIG 1, jedoch ist hierbei abweichend vom vorherigen der Basiskörper, in diesem Fall der Basiskörper B2 nicht angeschrägt, so daß damit eine besonders gute Führung des Luftstroms gewährleistet ist.

In der Darstellung gemäß FIG 3 ist eine Variation des Kühlkörpers gemäß FIG 1 gezeigt, bei dem jedoch anstelle von plattenförmigen Rippen Rl-Rn Hohlkammerrippen R2-Rm verwendet werden, wie diese sich als handelsübliche Elemente zum Kühlen bereits bewährt haben.

Die FIG 4 zeigt eine Abwandlung der Anordnung gemäß FIG 3. Und zwar wird hierbei nicht durch eine Anschrägung der Rippen R2-Rm eine Leistungsanpassung des Kühlkörper vorgenommen, sondern hier sind die einzelnen Hohlkammerrippen R3-RO in ihrer Länge variiert.

In der Darstellung gemäß FIG 5 ist dieses Prinzip der Tiefenstellung der einzelnen Rippen noch einmal vorgesehen, wobei hier allerdings die Rippen R4-Rp nicht fortlaufend verkürzt werden, sondern indem hier jede zweite Rippe über

das Profil verkürzt ist. Durch gestrichelte Linien ist dabei angedeutet, daß auch noch zusätzlich eine Höhenvariation der Rippen möglich ist.

Die FIG 6 zeigt eine Variation zum letztgenannten Beispiel. Hier sind die langen und kurzen Rippen R5 bis Rq zu Gruppen zusammengefaßt. Die kurzen Rippen geben dabei ähnlich wie bei FIG 4 einen zentralen Einströmtrichter frei.

Claims

GR 93 G 3131 DE Ol 5 Schutzansprüche

1. Strangförmiger Kühlkörper mit Rippen oder Zapfen, an dem in Strangrichtung hintereinander mehrere zu kühlende elektrische Bauelemente vorgesehen sind und wobei ein Kühlmedium, vorzugsweise Luft, in Strangrichtung am Kühlkörper entlangströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenfläche bzw. Zapfenfläche pro Stranglängeneinheit im Bereich des Lufteintritts kleiner gewählt ist als im Bereich des Luftaustritts.

2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rippenhöhe oder Zapfenhöhe mindestens einzelner Rippen (Rl-Rn,R2-Rn) oder einzelner Zapfenreihen vom Lufteintritt zum Luftaustritt hin ansteigt.

3. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß vom Lufteintritt zum Luftaustritt hin zunächst relativ lange und dann relativ kurze Rippenabschnitt mindestens einzelner Rippen (R3-Ro, R4-Rp,R5-Rq) nicht vorhanden sind.

4. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Zapfendichte vom Lufteintritt zum Luftaustritt hin steigt.

5. Kühlkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper als U-förmiger Basiskörper (Bl,B2) ausgebildet ist, in dessen Innenraum die hinsichtlich ihrer Kühlfläche zu variierenden Zapfen oder Rippen (Rl-Rn,R2-Rm,R3-Ro,R4-Rp,R5-Rq) montiert sind.

6. Kühlkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Montage durch einen

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Preßsitz oder durch eine Verklebung mit wärmeleitendem Kleber erfolgt.

7. Kühlkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Rippen (R2-Rm,R3-Ro) Hohlkammerprofile vorgesehen sind.