WO2008040596A2 - Kühlkörper zur kühlung eines elektrischen bauelementes - Google Patents

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WO2008040596A2
WO2008040596A2 PCT/EP2007/058822 EP2007058822W WO2008040596A2 WO 2008040596 A2 WO2008040596 A2 WO 2008040596A2 EP 2007058822 W EP2007058822 W EP 2007058822W WO 2008040596 A2 WO2008040596 A2 WO 2008040596A2
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Bernhard Föcking
Manfred Lehner
Ralf Schweigert
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a heat sink for cooling an electrical device or a converter device as an electrical device, with a heat sink.
  • An example of such an electronic device is a power converter.
  • the power converter has electrical power semiconductors, with which an electric current can be directed.
  • the converter device is further executable such that this control and / or regulating electronics for
  • a cooling plate cooling is a cooling method in which a cool plate, ie a cooling plate, is used to cool the device.
  • the cooling plate has, for example meh ⁇ rere channels in which a cooling liquid can be performed, thereby heat energy from a device which is to be cooled, wegbemapt.
  • Air-cooled devices for example, are designed such that they have an air cooling body provided with cooling fins, wherein advantageously the air flow and thus the cooling power can be forced by means of a fan.
  • Ge ⁇ councils with a cooling plate cooling have a defined plane thermal interface. This heat interface is in particular as a flat contact surface for a with
  • Water cooled cooling plate formed. Such a heat ⁇ interface can advantageously be flexibly connected to different types of radiators. Examples of such cooler types are water coolers, air coolers or other other cooling system parts. According to the prior art, separate devices or device series are offered for the respective Enteriermungsart.
  • Object of the present invention is to further develop the design of a heat sink or the embodiment of a power converter device such that by means of these various ⁇ ne cooling devices are used in a simple manner.
  • the object is achieved in a heat sink with the features of claim 1.
  • a further solution to the object of the invention is obtained through 13 describe further advantageous developments of the invention at a Stromrichterge ⁇ advises having the features according to claim 9.
  • the heat sink can be designed such that it has a first cooling device and, furthermore, a contact surface which is provided for emitting heat energy to a second cooling device.
  • the contact surface is designed, for example, planar.
  • the electric Bauele ⁇ ment for example, a power semiconductor, a chip with an integrated circuit, an electronic component, such as a resistor or an inductor.
  • a further embodiment of the electrical component is, for example, a populated printed circuit board on which components can also be cast.
  • the electrical component to be cooled is at ⁇ play, directly on the heat sink or with this ⁇ ⁇ in directly via a heat conductive member thermally conductive-jointed. To improve the cooling effect and dietpas- te can be used.
  • An inventive heat sink is advantageously located in a converter device or in a device which has electrical components which are to be supplied to a forced cooling.
  • the heat sink according to the invention is advantageously carried out in one piece, wherein the on ⁇ part relates to at least the part of the heat sink, wel ⁇ cher having the first cooling device and a Greflä ⁇ che for at least a second cooling device.
  • materials for forming the heat sink for example, iron, steel, cast iron or aluminum can be used.
  • the heat sink such asgestal ⁇ th, that it has not only the first cooling device, but also the second cooling means.
  • the assignment of two cooling devices to a cooling body has the advantage that a forced cooling electrical compo ⁇ elements is vorrisebar, with a compact design and a low weight of the heat sink can be realized.
  • the heat sink can be configured such that the first cooling device has cooling ribs.
  • the cooling fins are used in particular for air cooling.
  • the air cooling can be realized for example by means of convection or by means of a fan.
  • the second cooling device is a cooling plate, wherein the cooling plate as second cooling device is attachable to the contact surface of the heat sink.
  • the attachment is made such that via a contact surface, a heat conduction from the heat sink to the second cooling device can be achieved.
  • the heat sink is also advantageously be designed such that the cooling plate is eintei ⁇ lig integrated into the cooling body. This is for example such as practicable, that the cooling plate serves as a planteka ⁇ nal of the heat sink, wherein the cooling plate has channels ⁇ which, a coolant such as water or oil can be flowed through.
  • the heat sink has, for example, one, two or more heat-conducting channels, wherein a heat-conducting channel is provided both for conducting heat energy to a first cooling device and also to further cooling devices.
  • a heat-conducting channel of the heat sink can be provided both for heat conduction to the first cooling device and to the second cooling device.
  • a heat-conducting channel is provided for dissipating the heat to the contact surface, wherein the heat-conducting channel has a position oriented toward the center of the contact surface. That is, the contact surface to a second cooling device is thermally conductively connected to a planteleitkanal, for better distribution of the heat energy of the 9,leitkanal is positioned to the contact surface, that is positioned to be positioned réelleleitkanal towards the center of the contact surface, that has an oriented La ge which is close to the center of the contact surface. So ⁇ results in a uniform heat distribution and heat ⁇ output over the contact surface.
  • the heat sink is designed such that by means of the contact surface, a part of an outer side of a power converter is formed.
  • this contact surface is to be regarded as part of an outer surface of a power converter, wherein this contact surface can be attached to a second cooling device, whereby at the same time the power converter device itself, which has the cooling ⁇ body, is attached.
  • the attachment may be the only attachment of the converter device or only a part of the attachment of the power converter darstel ⁇ len.
  • the heat sink is cooled by means of two cooling media, which are, for example, cooling air and cooling ⁇ liquid, so that even if one cooling medium or at a reduced cooling capacity by a cooling medium further cooling can be performed.
  • two cooling media which are, for example, cooling air and cooling ⁇ liquid.
  • a converter according to the invention which has electrical components, such as power semiconductors, also has a heat sink for cooling thereof, wherein the heat sink as described above has a first cooling means eg a means for mounting a second cooling means. Further embodiments of the heat sink are already described above.
  • the heat sink can also be configured in such a way that it has not only the first cooling device but also the second cooling device.
  • the heat sink is manufactured for example, from egg ⁇ nem material such as iron, aluminum or the like represents, wherein a one-piece design of the heat sink in ⁇ special advantages in terms of easier production has.
  • the converter device comprises a variation in the contact surface of the cooling body in the region of the rear wall of the power Rich ⁇ terologies on. This has for example advantages in the installation of such converter devices in control cabinets, wherein in the cabinet, for example, already the seconddeeinrich ⁇ device is provided as cool-plate cooling (cooling plate cooling).
  • a For attaching the power converter, a laminateleitka ⁇ nal, through which in particular the contact surface can be formed, at least one means for fixing the power converter device and / or the cooling plate.
  • a For attaching the power converter, a laminateleitka ⁇ nal, through which in particular the contact surface can be formed, at least one means for fixing the power converter device and / or the cooling plate.
  • means of attachment are holes, notches, noses, etc.
  • the first cooling device of the cooling body of the converter device cooling fins, the cooling means of the cooling fins can be a fan of the converter device verbes ⁇ sert by the fan is arranged such that cooling air can be passed through the cooling fins of the heat sink.
  • the heat sink of the inverter device can not only be used for cooling electrical components, which are the power semiconductors of the converter device zuzuord ⁇ NEN, but also elements for cooling the electric Bauele- which are located in a control and / or regulation ⁇ electronics of the converter device ,
  • 1 shows a heat sink for cooling an electrical component
  • 2 shows a further heat sink for cooling an electrical component
  • the illustration according to FIG. 1 shows a heat sink 1, which is provided for cooling an electrical component 3.
  • the electrical component 3 contacts the heat sink 1 on a contact surface 2.
  • the surface 2 is ei ⁇ ne surface of the heat sink 1.
  • the heat sink 1 has next to the contact surface 2 on a réelleleitkanal 13 by Dop ⁇ pelpfeile as well as by a broken Line that extends beyond the beginnings of the cooling fins 7, is shown.
  • the heat sink 1 has a first cooling device 5 with cooling fins 7.
  • the heat conduction from one or more electrical components 3 to the cooling fins 7 takes place via the heat-conducting channel 13. Since the heat-conducting channel 13 is provided not only for heat conduction to the cooling fins 7, ie to the first cooling device 5, but also for heat conduction in
  • the heat-conducting channel 13 is designed such that it conducts both the heat to the first cooling device 5 and to the second cooling device 15, wherein between the first heat-conducting channel
  • the illustration according to FIG. 2 shows a heat sink 1 which, in comparison to the heat sink 1 according to FIG. 1, has a second heat-conducting duct 14 whose cross-section is different over the contact surface 9.
  • the heat sink 1 according to FIG. 2 has fastening holes 39.
  • these mounting holes 39 it is possible to attach both the heat sink as well as other attached to this parts, for example, to a cooling plate or on a rear wall.
  • the rear wall is, for example, the back wall of a control cabinet.
  • the heat-conducting channel 14 is designed such that reduces its cross-section to the ends of theticianleitkanals 14.
  • Both ends in a longitudinal direction and / or ends in a transverse direction of the heat-conducting channel 14 can be understood as ends of the heat-conducting channel 14.
  • FIG. 3 shows a converter device 21.
  • a heat sink according to FIG. 1 or 2 can be installed at ⁇ .
  • the power converter device 21 has, for example for an electronic power supply, and openings 29 for an intermediate circuit busbar connection to protective earth circuits 27, a front side 23, terminal connections 33, ⁇ ffnun ⁇ gen 31st Furthermore fin ⁇ det a on an upper side of the power converter device 21 Ventilation grille 37 and on a bottom side 35, not shown in the three-dimensional view, the motor connections.
  • the converter device 21 is connected via mounting holes 39 with a cooling plate (cool plate).
  • the compound ER- follows, for example, via a screw connection, the rear side 25 of the power converter device 21 contacts the cooling plate 11 of the ⁇ art that thermal energy can be delivered to the cooling plate 11 from the power converter 21st
  • the converter device 21 for example, a fan, which, however, is not shown in the present illustration.
  • the fan is designed to actively channel air over cooling fins. The air can then for example be drawn in via the Un ⁇ underside and be blown through the ventilation grating 37 from ⁇ .
  • the cooling plate 11 has for better cooling and for dissipating the heat energy channels 41, in which for example a cooling fluid for removing the Wär ⁇ meenergy be conducted.
  • a power conversion device 21 can be configured in such a way that it has two cooling devices for the dissipation of heat energy or is assigned to them.
  • air cooling which on the one hand can be convection cooling, or forced cooling by means of a fan and, on the other hand, a second cooling device, which is, for example, a cool plate.
  • a heat sink is provided, such as, for example, a heat sink according to the embodiment according to FIG. 4.
  • FIG. 4 shows a heat sink 1, which has cooling ribs 7 and a contact surface 9 for contacting a second cooling device.
  • On the heat sink 1 is also a housing 43 of the power electronics, in particular a converter device.
  • the power electronics ie, thyristors, diodes, IGBTs and the like, are connected to the heat sink 1 in a heat-conducting manner.
  • a second cooling device can be provided next to the first cooling device, ie the cooling ribs 7, but not shown.
  • the heat sink 1 can be via mounting holes 39 and other fasteners such as grooves or cuts on a second cooling device, which is not shown, fix.
  • the contact surface 9 is in the same orientation as the cooling ribs 7.
  • the cooling ribs 7 therefore run approximately parallel to the contact surface 9.
  • FIG. 5 shows, in an open representation of the converter device 21, its internal structure. It shows a region for installation of a power electronics 51 and the subse- quent thereto motor terminal 45.
  • a control and / or Rege ⁇ lung electronics provided in order to control the power electric ⁇ technology or for controlling and / or regulating a connected electrical machine.
  • For cooling the power electronics 51 and the associated electrical components of the heat-conducting contact to the heat-conducting channel 13 is vorgese ⁇ hen.
  • a heat-conducting contact in particular also exists between the heat-conducting channel 13 and the control and / or regulating device 52.
  • the heat-conducting channel 13 is part of the cooling body 1, which also has cooling ribs 7.
  • the heat sink 1 On the bottom 35 47 air is sucked in by a fan, which is passed over the cooling fins 7 and the power converter apparatus 21 leaves again via the Lüf ⁇ tung grid 37th Zu ⁇ addition to the cooling fins 7, which serve as a first cooling device, the heat sink 1 also on a second heat conduction channel 14, which at its longitudinal ends fastening means 40 (cuts) and mounting holes 39 for attachment to a second, not shown cooling device having.
  • the second heat-conducting channel 14 has a contact surface 9, wherein according to the three-dimensional Dar- position of Figure 5, only the contact surface 9 opposite side of the second heat conduction channel 14 Darge ⁇ represents is.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper (1) zur Kühlung eines elektrischen Bauelementes. Der Kühlkörper (1) wird insbesondere bei einem Stromrichtergerät (21) zumindest zur Kühlung der dort vorhandenen Leistungshalbleiter (53) verwendet. Der erfindungsgemäße Kühlkörper (1) dient der Kombination zweier Kühleinrichtungen. Hierfür ist der Kühlkörper derart ausgestaltet, dass dieser eine erste Kühleinrichtung (5) und eine Kontaktfläche (9) aufweist, welche zur Abgabe von Wärmeenergie an eine zweite Kühleinrichtung (15) vorgesehen ist oder dass der Kühlkörper (1) die erste Kühleinrichtung (5) und eine zweite Kühleinrichtung (15) aufweist.

Description

Beschreibung
Kühlkörper zur Kühlung eines elektrischen Bauelementes
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlkörper zur Kühlung einer elektrischen Einrichtung bzw. ein Stromrichtergerät als elektrische Einrichtung, mit einem Kühlkörper.
Viele elektronische Einrichtungen, wie z.B. elektronische Ge- rate, benötigen eine aktive Kühlung. Ein Beispiel für eine derartige elektronische Einrichtung ist ein Stromrichter. Der Stromrichter weist elektrische Leistungshalbleiter auf, mit welchen ein elektrischer Strom gerichtet werden kann. Das Stromrichtergerät ist des Weiteren derart ausführbar, dass dieses eine Steuerungs- und/oder Regelungselektronik zur
Steuerung und/oder Regelung des Stromrichters aufweist. E- lektrische Bauelemente, wie dies ein Leistungshalbleiter- Bauelement, ein Chip oder auch Bauelemente zum Aufbau der Steuerungs- und/oder Regelungselektronik sind, sind zu küh- len. Neben einer konventionellen Luftkühlung (insbesondere mit einem Lüfter) werden zunehmend auch Geräte mit einer so genannten Cool plate-Kühlung ausgerüstet. Bei einer Cool- plate-Kühlung handelt es sich um ein Kühlverfahren, bei dem eine Cool-Plate, also eine Kühlplatte, zur Kühlung des Gerä- tes verwendet wird. Die Kühlplatte weist beispielsweise meh¬ rere Kanäle, in welchen eine Kühlflüssigkeit geführt werden kann, wobei dadurch Wärmeenergie von einem Gerät, welches zu kühlen ist, wegbefördert werden kann. Dadurch, dass verschie¬ dene Kühlkonzepte eine unterschiedliche konstruktive Gestal- tung einer Kühleinrichtung erfordern, ergeben sich höhere konstruktive Anforderungen an die Ausgestaltung eines derartigen Gerätes bzw. an die Ausbildung von verschiedenen Gerätevarianten. Dies erfordert Aufwand in der Konstruktion, Entwicklung und Logistik sowie beim Bau derartiger Geräte. Wei- terhin ergeben sich Nachteile bezüglich der Ausbildung zweier Gerätevarianten bei der Wartung und Pflege derartiger Geräte im Feld, d.h. im Einsatz der entsprechenden Geräte z.B. in Maschinen. Dies sind insbesondere industrielle Maschinen wie Werkzeugmaschinen oder Produktionsmaschinen.
Luftgekühlte Geräte sind beispielsweise derart ausgebildet, dass diese einen mit Kühlrippen versehenen Luftkühlkörper besitzen, wobei vorteilhaft die Luftströmung und damit die Kühlleistung mittels eines Lüfters forciert werden kann. Ge¬ räte mit einer Kühlplattenkühlung hingegen weisen eine definierte plane Wärmeschnittstelle auf. Diese Wärmeschnittstelle ist insbesondere als eine plane Kontaktfläche für eine mit
Wasser kühlbare Kühlplatte ausgebildet. Eine derartige Wärme¬ schnittstelle kann vorteilhaft flexibel mit verschiedenen Kühlerarten verbunden werden. Beispiele für derartige Kühlerarten sind Wasserkühler, Luftkühler oder andere weitere AnIa- genteile zur Kühlung. Nach dem Stand der Technik werden für die jeweiligen Entwärmungsarten separate Geräte bzw. Gerätereihen angeboten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Ausgestaltung eines Kühlkörpers bzw. die Ausgestaltung eines Stromrichtergeräts derart weiterzubilden, dass mittels dieser verschiede¬ ne Kühleinrichtungen in einfacher Weise einsetzbar sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Kühlkörper mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich bei einem Stromrichterge¬ rät mit den Merkmalen nach Anspruch 9. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 8 bzw. 10 bis 13 bezeichnen weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Bei einem Kühlkörper zur Kühlung zumindest eines elektrischen Bauelementes ist der Kühlkörper derart ausgestaltbar, dass dieser eine erste Kühleinrichtung und des Weiteren eine Kontaktfläche aufweist, welche zur Abgabe von Wärmeenergie an eine zweite Kühleinrichtung vorgesehen ist. Die Kontaktfläche ist beispielsweise planar ausgeführt. Das elektrische Bauele¬ ment ist beispielsweise ein Leistungshalbleiter, ein Chip mit einer integrierten Schaltung, ein elektronisches Bauelement, wie z.B. ein Widerstand oder eine Induktivität. Eine weitere Ausgestaltung des elektrischen Bauelements ist z.B. eine bestückte Leiterplatte, auf welcher Bauelemente auch vergossen sein können.
Das zu kühlende elektrische Bauelement befindet sich bei¬ spielsweise direkt auf dem Kühlkörper oder ist mit diesem in¬ direkt über ein wärmeleitendes Element wärmeleitend verbun¬ den. Zur Verbesserung der Kühlwirkung kann auch Wärmeleitpas- te eingesetzt werden.
Ein erfindungsgemäßer Kühlkörper befindet sich vorteilhafterweise in einem Stromrichtergerät bzw. in einer Einrichtung, welche elektrische Bauelemente aufweist, die einer forcierten Kühlung zuzuführen sind. Der Kühlkörper gemäß der Erfindung ist vorteilhafterweise einteilig ausgeführt, wobei die Ein¬ teiligkeit zumindest den Teil des Kühlkörpers betrifft, wel¬ cher die erste Kühleinrichtung aufweist und eine Kontaktflä¬ che für zumindest eine zweite Kühleinrichtung. Als Materia- lien zur Ausbildung des Kühlkörpers können z.B. Eisen, Stahl, Gusseisen oder Aluminium verwendet werden.
Vorteilhaft ist es auch, den Kühlkörper derart auszugestal¬ ten, dass dieser nicht nur die erste Kühleinrichtung, sondern gleichzeitig auch die zweite Kühleinrichtung aufweist. Die Zuordnung zweier Kühleinrichtungen zu einem Kühlkörper hat den Vorteil, dass eine forcierte Kühlung elektrischer Bauele¬ mente vornehmbar ist, wobei eine kompakte Bauweise bzw. ein geringes Gewicht des Kühlkörpers realisierbar ist.
Der Kühlkörper ist beispielsweise derart ausgestaltbar, dass die erste Kühleinrichtung Kühlrippen aufweist. Die Kühlrippen dienen insbesondere für eine Luftkühlung. Die Luftkühlung ist beispielsweise mittels Konvektion oder mittels eines Lüfters realisierbar.
In einer weiteren Ausgestaltung des Kühlkörpers ist die zweite Kühleinrichtung eine Kühlplatte, wobei die Kühlplatte als zweite Kühleinrichtung an der Kontaktfläche des Kühlkörpers befestigbar ist. Die Befestigung erfolgt derart, dass über eine Kontaktfläche eine Wärmeleitung vom Kühlkörper zur zweiten Kühleinrichtung erzielbar ist. Vorteilhaft ist der Kühl- körper auch derart ausgestaltbar, dass die Kühlplatte eintei¬ lig in den Kühlkörper integriert ist. Dies ist beispielsweise derart durchführbar, dass die Kühlplatte als ein Wärmeleitka¬ nal des Kühlkörpers dient, wobei die Kühlplatte Kanäle auf¬ weist, welche von einem Kühlmittel, wie z.B. Wasser oder Öl, durchflössen werden können.
Vorteilhaft ist es weiterhin, den Kühlkörper derart weiterzu¬ bilden, dass zumindest dieser einen Wärmeleitkanal aufweist, dessen Querschnitt mit der abzuführenden Wärmeleistung korre- liert. Je mehr Wärme also an einer bestimmten Stelle von dem oder den elektrischen Bauelementen mittels des Kühlkörpers ableitbar ist, desto größer ist dort der Querschnitt des Wär¬ meleitkanals. Der Kühlkörper weist beispielsweise einen, zwei oder mehrere Wärmeleitkanäle auf, wobei ein Wärmeleitkanal sowohl zur Leitung von Wärmeenergie an eine erste Kühleinrichtung wie auch an weitere Kühleinrichtungen vorgesehen ist. So ist beispielsweise ein Wärmeleitkanal des Kühlkörpers sowohl zur Wärmeleitung zur ersten Kühleinrichtung wie auch zur zweiten Kühleinrichtung vorsehbar.
In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Wärmeleitkanal zur Ableitung der Wärme zur Kontaktfläche vorgesehen, wobei der Wärmeleitkanal eine zur Mitte der Kontaktfläche orientierte Lage aufweist. Das heißt, die Kontaktfläche zu einer zweiten Kühleinrichtung ist mit einem Wärmeleitkanal wärmeleitend verbunden, wobei zur besseren Verteilung der Wärmeenergie der Wärmeleitkanal derart zur Kontaktfläche positioniert ist, dass dieser zu positionierende Wärmeleitkanal zur Mitte der Kontaktfläche hin positioniert ist, also eine orientierte La- ge aufweist, welche zentrumsnah zu der Kontaktfläche ist. So¬ mit ergibt sich eine gleichmäßige Wärmeverteilung und Wärme¬ abgabe über die Kontaktfläche. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kühlkörper derart ausgebildet, dass mittels der Kontaktfläche ein Teil einer Außenseite eines Stromrichters ausgebildet ist. Somit ist diese Kontaktfläche als Teil einer Außenfläche ei- nes Stromrichters zu betrachten, wobei diese Kontaktfläche an eine zweite Kühleinrichtung anbringbar ist, wodurch gleichzeitig auch das Stromrichtergerät selbst, welches den Kühl¬ körper aufweist, befestigt ist. Die Befestigung kann dabei die einzige Befestigung des Stromrichtergeräts sein oder auch nur ein Teil der Befestigung des Stromrichtergeräts darstel¬ len .
Vorteilhaft ist es weiterhin, dass für die erste Kühleinrich¬ tung ein anderes Kühlmedium wie für die zweite Kühleinrich- tung vorgesehen ist. Somit wird der Kühlkörper mittels zweier Kühlmedien gekühlt, welche beispielsweise Kühlluft und Kühl¬ flüssigkeit sind, so dass auch bei Ausfall eines Kühlmediums bzw. bei einer reduzierten Kühlleistung durch ein Kühlmedium eine weitere Kühlung vollzogen werden kann. Dies ist insbe- sondere bei Stromrichtergeräten vorteilhaft, bei welchen ein Notbetrieb mit eingeschränkter Kühlung vorgesehen werden kann. Fällt also beispielsweise eine Kühlwasserpumpe oder auch ein Lüfter für die Kühlluft aus, so kann eine Kühlung weiterhin betrieben werden, so dass der Betrieb eines Strom- richtergeräts, welches den Kühlkörper aufweist, weiter gesi¬ chert ist.
Ein erfindungsgemäßes Stromrichtergerät, welches elektrische Bauelemente, wie z.B. Leistungshalbleiter, aufweist, weist ferner zu deren Kühlung einen Kühlkörper auf, wobei der Kühlkörper wie oben bereits beschrieben, eine erste Kühleinrichtung z.B. ein Mittel zur Anbringung einer zweiten Kühleinrichtung aufweist. Weitere Ausgestaltungen des Kühlkörpers sind oben bereits beschrieben. Vorteilhafterweise ist der Kühlkörper auch derart ausgestaltbar, dass dieser nicht nur die erste Kühleinrichtung, sondern auch die zweite Kühleinrichtung aufweist. Der Kühlkörper ist beispielsweise aus ei¬ nem Material wie Eisen, Aluminium oder dergleichen herge- stellt, wobei eine einteilige Ausführung des Kühlkörpers ins¬ besondere Vorteile bezüglich einer leichteren Fertigung hat.
Das Stromrichtergerät weist in einer Variation die Kontakt- fläche des Kühlkörpers im Bereich der Rückwand des Stromrich¬ tergeräts auf. Dies hat beispielsweise Vorteile beim Einbau derartiger Stromrichtergeräte in Schaltschränke, wobei im Schaltschrank beispielsweise bereits die zweite Kühleinrich¬ tung als cool-plate-Kühlung (Kühlplattenkühlung) vorgesehen ist.
Zur Anbringung des Stromrichtergeräts weist ein Wärmeleitka¬ nal, durch den insbesondere die Kontaktfläche ausbildbar ist, zumindest ein Mittel zur Befestigung des Stromrichtergeräts und/oder der Kühlplatte auf. Somit können mehrere Funktionen durch den Wärmeleitkanal erfüllt werden. Beispiele für Mittel zur Befestigung sind Löcher, Kerben, Nasen usw.
Weist die erste Kühleinrichtung des Kühlkörpers des Strom- richtergeräts Kühlrippen auf, so kann die Kühlung mittels der Kühlrippen durch einen Lüfter des Stromrichtergeräts verbes¬ sert werden, indem der Lüfter derart angeordnet ist, dass Kühlluft über die Kühlrippen des Kühlkörpers geleitet werden kann .
Der Kühlkörper des Stromrichtergeräts kann nicht nur zur Kühlung von elektrischen Bauelementen herangezogen werden, welche den Leistungshalbleitern des Stromrichtergeräts zuzuord¬ nen sind, sondern auch zur Kühlung der elektrischen Bauele- mente, welche sich in einer Steuerungs- und/oder Regelungs¬ elektronik des Stromrichtergeräts befinden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren darge¬ stellt und werden im Nachfolgenden erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 einen Kühlkörper zur Kühlung eines elektrischen Bauelements, FIG 2 einen weiteren Kühlkörper zur Kühlung eines elektrischen Bauelements,
FIG 3 ein Stromrichtergerät in einer Außenansicht,
FIG 4 eine dreidimensionale Darstellung eines Kühlkör¬ pers, und
FIG 5 eine dreidimensionale Innenansicht des Stromrich- tergeräts.
Die Darstellung gemäß Figur 1 zeigt einen Kühlkörper 1, der zur Kühlung eines elektrischen Bauelements 3 vorgesehen ist. Hierfür kontaktiert das elektrische Bauelement 3 den Kühlkör- per 1 an einer Kontaktfläche 2. Diese Kontaktfläche 2 ist ei¬ ne Fläche des Kühlkörpers 1. Der Kühlkörper 1 weist neben der Kontaktfläche 2 einen Wärmeleitkanal 13 auf, der durch Dop¬ pelpfeile sowie durch eine gestrichelte Linie, die sich über die Anfänge der Kühlrippen 7 erstreckt, dargestellt ist. Der Kühlkörper 1 weist eine erste Kühleinrichtung 5 mit Kühlrippen 7 auf. Die Wärmeleitung von einem oder von mehreren elektrischen Bauelementen 3 zu den Kühlrippen 7 erfolgt über den Wärmeleitkanal 13. Da der Wärmeleitkanal 13 nicht nur zur Wärmeleitung an die Kühlrippen 7, d.h. an die erste Kühlein- richtung 5 vorgesehen ist, sondern auch zur Wärmeleitung in
Richtung einer zweiten Kühleinrichtung 15 (in Figur 1 nur angedeutet) , vergrößert sich der Querschnitt des Wärmeleitka¬ nals 13 in Richtung zur Abgabe der Wärme an die zweite Kühl¬ einrichtung 15. Letztere kontaktiert den Kühlkörper 1 an ei- ner Kontaktfläche 9. Die Wärmeenergie wird über den Wärme¬ leitkanal 13 zu einem weiteren Wärmeleitkanal 14 geführt, wo¬ bei auch dieser durch Doppelpfeile gekennzeichnet ist. Der Wärmeleitkanal 14 grenzt an die Kontaktfläche 9 bzw. weist diese Kontaktfläche 9 zur Abgabe von Wärmeenergie an die zweite Kühleinrichtung 15 auf. Der Kühlkörper 1 gemäß Figur 1 weist also neben den Kühlrippen 7 für eine Luftkühlung auch ein Mittel zur Abgabe von Wärmeenergie an eine zweite Kühl¬ einrichtung auf, wobei dies die Kontaktfläche 9 ist, wobei die Wärme über die Wärmeleitkanäle 13 und 14 in Richtung der ersten und zweiten Kühleinrichtung geführt wird. Der Wärmeleitkanal 13 ist derart ausgeführt, dass er sowohl die Wärme zur ersten Kühleinrichtung 5 als auch zur zweiten Kühlein- richtung 15 führt, wobei zwischen dem ersten Wärmeleitkanal
13 und der zweiten Kühleinrichtung 15 noch der Wärmeleitkanal
14 positioniert ist. In einem schraffiert dargestellten Be¬ reich überschneiden sich dabei beide Wärmeleitkanäle 13 und 14, so dass deren Funktion dort ineinander übergeht.
Die Darstellung gemäß Figur 2 zeigt einen Kühlkörper 1, welcher im Vergleich zum Kühlkörper 1 gemäß Figur 1 einen zweiten Wärmeleitkanal 14 aufweist, dessen Querschnitt über die Kontaktfläche 9 hinweg unterschiedlich ist. An den Enden des Wärmeleitkanals 14 weist der Kühlkörper 1 gemäß Figur 2 Be¬ festigungslöcher 39 auf. Mittels dieser Befestigungslöcher 39 ist es möglich, sowohl den Kühlkörper wie auch andere an diesem befestigte Teile, beispielsweise an eine Kühlplatte oder auch an eine Rückwand zu befestigen. Die Rückwand ist bei- spielsweise die Rückwand eines Schaltschranks . Gemäß Figur 2 ist der Wärmeleitkanal 14 derart ausgeführt, dass sich dessen Querschnitt zu den Enden des Wärmeleitkanals 14 reduziert. Als Enden des Wärmeleitkanals 14 können dabei sowohl Enden in einer Längsrichtung und/oder Enden in einer Querrichtung des Wärmeleitkanals 14 verstanden werden. Durch die aus den unterschiedlichen Querschnitten entstehende Abschrägung des Wärmeleitkanals 14 lässt sich eine Materialreduzierung und somit auch eine Gewichtseinsparung erzielen, ohne dass die Kühlleistung, welche dem Kühlkörper 1 abzuverlangen ist, über Gebühr abnimmt.
Figur 3 zeigt ein Stromrichtergerät 21. In dieses ist bei¬ spielsweise ein Kühlkörper gemäß Figur 1 oder 2 einbaubar. Das Stromrichtergerät 21 weist beispielsweise Schutzleiteran- Schlüsse 27, eine Frontseite 23, Klemmanschlüsse 33, Öffnun¬ gen 31 für eine Elektronik-Stromversorgung und Öffnungen 29 für einen Zwischenkreis-Schienenanschluss auf. Weiterhin fin¬ det sich auf einer Oberseite des Stromrichtergeräts 21 ein Lüftungsgitter 37 und auf einer in der dreidimensionalen Darstellung nicht gezeigten Unterseite 35 die Motoranschlüsse. Das Stromrichtergerät 21 ist über Befestigungslöcher 39 mit einer Kühlplatte (cool plate) verbunden. Die Verbindung er- folgt beispielsweise über eine Schraubverbindung, wobei die Rückseite 25 des Stromrichtergeräts 21 die Kühlplatte 11 der¬ art kontaktiert, dass Wärmeenergie vom Stromrichtergerät 21 an die Kühlplatte 11 abgegeben werden kann. Zusätzlich weist das Stromrichtergerät 21 beispielsweise einen Lüfter auf, welcher jedoch in der vorliegenden Darstellung nicht gezeigt ist. Der Lüfter ist dazu vorgesehen, aktiv Luft über Kühlrippen zu leiten. Die Luft kann dann beispielsweise über die Un¬ terseite angesaugt werden und über das Lüftungsgitter 37 aus¬ geblasen werden. Die Kühlplatte 11 weist zur besseren Kühlung und zur Ableitung der Wärmeenergie Kanäle 41 auf, in welchen beispielsweise eine Kühlflüssigkeit zum Abtransport der Wär¬ meenergie leitbar ist. Somit ist ein Stromrichtergerät 21 derart ausgestaltbar, dass es zur Ableitung von Wärmeenergie zwei Kühleinrichtungen aufweist bzw. diesen zugeordnet ist. Zum einen eine Luftkühlung, welche einerseits eine Konvekti- onskühlung sein kann oder auch eine forcierte Kühlung mittels eins Lüfters und zum anderen eine zweite Kühleinrichtung, welche beispielsweise eine cool plate ist. Vorteilhaft ist es dabei, dass zur Bedienung dieser beiden Kühleinrichtungen Ie- diglich ein Kühlkörper vorgesehen ist, wie z.B. ein Kühlkörper gemäß der Ausgestaltung gemäß Figur 4.
Figur 4 zeigt einen Kühlkörper 1, welcher Kühlrippen 7 und eine Kontaktfläche 9 zur Kontaktierung einer zweiten Kühlein- richtung aufweist. Auf dem Kühlkörper 1 befindet sich ferner ein Gehäuse 43 der Leistungselektronik, insbesondere eines Stromrichtergeräts. Die Leistungselektronik, d.h. Tyristoren, Dioden, IGBT 's und dergleichen sind wärmeleitend mit dem Kühlkörper 1 verbunden. An der Kontaktfläche 9 ist eine zwei- te Kühleinrichtung neben der ersten Kühleinrichtung, d.h. den Kühlrippen 7, vorsehbar, jedoch nicht dargestellt. Der Kühlkörper 1 lässt sich über Befestigungslöcher 39 bzw. über andere Befestigungsmittel wie z.B. Nuten oder Einschnitte an einer zweiten Kühleinrichtung, die nicht dargestellt ist, fixieren. Gemäß der Ausbildung nach Figur 4 befindet sich die Kontaktfläche 9 in der gleichen Ausrichtung wie die Kühlrippen 7. Die Kühlrippen 7 verlaufen also in etwa parallel zur Kontaktfläche 9.
Figur 5 zeigt in einer offenen Darstellung des Stromrichtergeräts 21 dessen inneren Aufbau. Sie zeigt einen Bereich zum Einbau einer Leistungselektronik 51 und den daran anschlie- ßenden Motoranschluss 45. Zur Steuerung der Leistungselektro¬ nik bzw. zur Steuerung und/oder Regelung einer angeschlossenen elektrischen Maschine ist eine Steuerungs- und/oder Rege¬ lungselektronik vorgesehen. Zur Kühlung der Leistungselektronik 51 bzw. der dazugehörigen elektrischen Bauelemente ist der wärmeleitende Kontakt zu dem Wärmeleitkanal 13 vorgese¬ hen. Ein wärmeleitender Kontakt besteht insbesondere auch zwischen dem Wärmeleitkanal 13 und der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 52. Der Wärmeleitkanal 13 ist Teil des Kühlkörpers 1, welcher auch Kühlrippen 7 aufweist. Auf der Unterseite 35 ist mittels eines Lüfters 47 Luft ansaugbar, welche über die Kühlrippen 7 geleitet wird und über das Lüf¬ tungsgitter 37 das Stromrichtergerät 21 wieder verlässt. Zu¬ sätzlich zu den Kühlrippen 7, welche als erste Kühleinrichtung dienen, weist der Kühlkörper 1 auch einen zweiten Wärme- leitkanal 14 auf, wobei dieser an seinen längsseitigen Enden Befestigungsmittel 40 (Einschnitte) und Befestigungslöcher 39 zur Befestigung an einer zweiten, nicht dargestellten Kühleinrichtung aufweist. Der zweite Wärmeleitkanal 14 weist eine Kontaktfläche 9 auf, wobei gemäß der dreidimensionalen Dar- Stellung nach Figur 5 lediglich die der Kontaktfläche 9 gegenüberliegende Seite des zweiten Wärmeleitkanals 14 darge¬ stellt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlkörper (1) zur Kühlung eines elektrischen Bauelementes (3) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kühlkörper (1) :
- eine erste Kühleinrichtung (5) aufweist und
- eine Kontaktfläche (9) aufweist, welche zur Abgabe von Wär¬ meenergie an eine zweite Kühleinrichtung (15) vorgesehen ist oder dass der Kühlkörper (1) die erste Kühleinrichtung (5) und die zweite Kühleinrichtung (15) aufweist.
2. Kühlkörper (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste Kühleinrichtung (5) Kühlrippen (7) aufweist.
3. Kühlkörper (1) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zweite Kühleinrichtung (15) eine Kühlplatte (11) aufweist.
4. Kühlkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass dieser zu¬ mindest einen Wärmeleitkanal (13) aufweist, dessen Quer¬ schnitt (17) mit der abzuführenden Wärmeleistung korreliert.
5. Kühlkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Wärme¬ leitkanal (13) des Kühlkörpers (1) sowohl zur Wärmeleitung zur ersten Kühleinrichtung (5) wie auch zur Kontaktfläche (9), insbesondere zur zweiten Kühleinrichtung (15), vorgese- hen ist.
6. Kühlkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Wärme¬ leitkanal (13) zur Ableitung der Wärme zur Kontaktfläche (9) vorgesehen ist, wobei der Wärmeleitkanal (13) eine zur Mitte der Kontaktfläche (5) orientierte Lage aufweist.
7. Kühlkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mittels der Kontaktfläche (9) ein Teil einer Außenseite eines Strom¬ richtergerätes (21) ausgebildet ist.
8. Kühlkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste Kühleinrichtung (5) und die zweite Kühleinrichtung (15) für unterschiedliche Kühlmedien vorgesehen sind.
9. Stromrichtergerät (21) welches als elektrische Bauelemente (51) Leistungshalbleiter (53) aufweist, wobei zur Kühlung der
Leistungshalbleiter (53) ein Kühlkörper (1) vorgesehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kühl- körper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
10. Stromrichtergerät (21) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kon¬ taktfläche (9) des Kühlkörpers (1) im Bereich einer Rückwand (25) des Stromrichtergerätes (21) angeordnet ist.
11. Stromrichtergerät (21) nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Wärme¬ leitkanal (14) zumindest ein Mittel (39, 40) zur Befestigung des Stromrichtergerätes (21) und/oder der Kühlplatte (11) aufweist .
12. Stromrichtergerät (21) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Lüfter (47) zur Kühlung vorgesehen ist.
13. Stromrichtergerät (21) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kühl¬ körper (1) zur Kühlung von Leistungshalbleitern (51) und zur Kühlung eines Steuerungs- und/oder Regelungselektronik (49) des Stromrichtergeräts (21) vorgesehen ist.
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