DE10009398C2 - Kühlkörpermodul und Anordnung von Kühlkörpermodulen - Google Patents
Kühlkörpermodul und Anordnung von KühlkörpermodulenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kühlkörpermodul, auf dessen
Oberseite ein wärmeerzeugendes Bauelement befestigbar ist und
dessen Unterseite Kühlrippen aufweist. Ferner betrifft die
Erfindung eine Anordnung von Kühlkörpermodulen.
Aus der Druckschrift GB 22 01 042 A sind Kühlkörpermodule der
eingangs genannten Art bekannt, die an einer Außenseite eine
Oberflächenstruktur aufweisen. Die Oberflächenstrukturen von
zwei Kühlkörpermodulen sind gleich und werden durch
Verbindungsstücke miteinander verbunden.
Aus der Druckschrift DE 43 12 927 A1 sind Kühlkörpermodule
der eingangs genannten Art bekannt, die an zwei
gegenüberliegenden Außenkanten jeweils eine Nut aufweisen.
Diese Kühlkörpermodule können mittels der einander
gegenüberliegenden Nuten in einer beliebigen Anzahl entlang
einer geraden Linie angeordnet werden.
Aus der Druckschrift DE 34 15 554 C2 ist ein Kühlkörpermodul
bekannt, das an zwei gegenüberliegenden Außenkanten
Oberflächenstrukturen aufweist. Auch solche Kühlkörpermodule
sind lediglich dazu geeignet, entlang einer geraden Linie
aneinandergereiht zu werden.
Aus der Druckschrift DE 297 16 406 U1 sind Kühlkörpermodule
bekannt, bei denen sich Kühlrippen in der Ebene des
Kühlkörpermoduls erstrecken. Ein platzsparender Aufbau eines
zusammengesetzten Kühlkörpermoduls, bei dem die durch das
Kühlkörpermodul getragenen Bauelemente möglichst kompakt
zusammengefügt sind, ist wegen der in der Ebene des
Kühlkörpermoduls liegenden Kühlrippen nicht möglich.
Aus der Druckschrift EP 01 09 557 A1 ist ein Gehäuse bekannt,
das Wände, eine Boden- und eine Deckfläche aufweist. Diese
Bestandteile sind durch schwalbenschwanzförmige
Verbindungselemente zusammengebaut. Zur Erstellung eines aus
mehreren Elementen bestehenden Kühlkörpermoduls sind die in
der Druckschrift genannten Bestandteile offenbar nicht
geeignet.
Aus der Druckschrift US 53 73 418 A ist ein Kühlkörpermodul
bekannt, das eine zur Aufnahme eines elektrischen Bauelements
geeignete Vertiefung aufweist. Das Kühlkörpermodul ist jedoch
nicht dazu geeignet, mit weiteren Kühlkörpermodulen
zusammengefügt zu werden, da keine geeigneten
Oberflächenstrukturen vorhanden sind.
Es sind Kühlkörpermodule der eingangs genannten Art bekannt,
die als Kühlplatten zur Kühlung von Kondensatoren hoher
Leistung in Umrichtern eingesetzt werden. Auf diesen
Kühlkörpermodulen sind mehrere gleiche zu einer
Kondensatorbank zusammengeschaltete Kondensatoren angeordnet.
Diese Kondensatorbänke werden in Umrichtern verschiedener
Nennspannungen und Leistungsklassen verwendet. Entsprechend
dieser unterschiedlichen Kenndaten der Umrichter werden auch
eine unterschiedliche Anzahl von Kondensatoren in
verschiedener Zusammenschaltung, beispielsweise in Reihe oder
parallel oder auch gemischt in Reihe und parallel, benötigt.
Daher wird für jede Variante des Umrichters entsprechend der
Anzahl und Verschaltung der Kondensatoren eine eigene
Kühlplatte mit den geeigneten geometrischen Abmessungen
hergestellt, auf der dann die Kondensatoren befestigt werden.
Die bekannten Kühlkörpermodule haben daher den Nachteil, daß
sie für jeden Typ von Umrichter jeweils eigens hergestellt
werden müssen, was einen hohen Produktionsaufwand bedeutet.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein
Kühlkörpermodul bereitzustellen, das zur Kühlung
verschiedener Varianten von Kondensatorbänken verwendet
werden kann, ohne daß es in seiner Ausführung angepaßt werden
muß.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Kühlkörpermodul
nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung und Anordnungen von Kühlkörpermodulen sind den
weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung gibt ein Kühlkörpermodul an, das plattenartig
ist und einen polygonförmigen Grundriß aufweist. Auf der
Oberseite des Kühlkörpermoduls ist ein wärmeerzeugendes
Bauelement befestigbar. Auf der Unterseite weist das
Kühlkörpermodul Kühlrippen auf, die eine besonders effektive
Kühlung des wärmeerzeugenden Bauelements bewirken. An den
Außenkanten weist das Kühlkörpermodul zueinander
komplementäre Oberflächenstrukturen auf. Diese
Oberflächenstrukturen können beispielsweise durch eine
Aufeinanderfolge von Erhebungen und Vertiefungen gebildet
sein. Mit Hilfe der zueinander komplementären
Oberflächenstrukturen können mehrere gleiche Kühlkörpermodule
in einer Ebene zusammengefügt werden. Die
Oberflächenstrukturen des Kühlkörpermoduls sind so
ausgebildet, daß ein Kühlkörpermodul in nur einer
Orientierung an ein weiteres Kühlkörpermodul fügbar ist.
Durch das Zusammenfügen mehrerer erfindungsgemäßer
Kühlkörpermodule kann eine Anordnung von Kühlkörpermodulen
flexibler Größe und Form gebildet werden. Ferner hat das
erfindungsgemäße Kühlkörpermodul den Vorteil, daß durch die
Ausbildung der Oberflächenstruktur eine definierte
Orientierung des wärmeerzeugenden Bauelementes bezüglich des
Kühlkörpermoduls eingestellt werden kann, welche sich durch
das Zusammenfügen mehrerer Kühlkörpermodule auch auf die
Anordnung mehrerer wärmeerzeugender Bauelemente untereinander
übertragen läßt. Dies hat beispielsweise den Vorteil, daß
mehrere gleich orientierte Bauelemente besonders einfach
kontaktiert werden können.
Ferner ist ein Kühlkörpermodul besonders vorteilhaft, das
erfindungsgemäß einen quadratischen Grundriß aufweist und
schachbrettartig mit gleichen Kühlkörpermodulen
zusammenfügbar ist. Ein solches Kühlkörpermodul mit
quadratischem Grundriß ist sehr leicht herzustellen. Ferner
hat ein Kühlkörpermodul mit quadratischem Grundriß den
Vorteil, daß es schachbrettartig mit weiteren
Kühlkörpermodulen zusammenfügbar ist, wodurch sich eine
Anordnung von Kühlkörpermodulen ergibt, die glatte Außenwände
und eine kompakte, beispielsweise rechteckige, Außenkontur
aufweist.
Die Oberflächenstrukturen des Kühlkörpermoduls können
erfindungsgemäß durch Vorsprünge und dazu komplementäre
Ausnehmungen gebildet sein. Dabei können die Ausnehmungen
beispielsweise durch in der Ebene verlaufende Sacklöcher und
die Vorsprünge durch Rundzapfen realisiert werden. Ein
solches Kühlkörpermodul hat den Vorteil, daß die Ausnehmungen
und Vorsprünge relativ einfach mit den üblichen
Werkzeugmaschinen herstellbar sind. Des weiteren hat ein
solches Kühlkörpermodul den Vorteil, daß es an ein weiteres
Kühlkörpermodul steckbar ist, wodurch sich quer zur Ebene
eine mechanische Festigkeit der daraus gebildeten Anordnung
von Kühlkörpermodulen ergibt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Ausnehmungen
besteht darin, die Ausnehmungen als Nuten und die Vorsprünge
als in die Nuten passende Federn auszuführen. Dadurch ist es
möglich, einen mechanischen Kontakt auf der gesamten Länge
der die Nut bzw. die Feder aufweisende Außenkante
herzustellen, wodurch sich eine besonders hohe Stabilität der
gebildeten Anordnung von Kühlkörpermodulen ergibt.
Des weiteren ist es besonders vorteilhaft, die Vorsprünge des
Kühlkörpermoduls erfindungsgemäß als schwalbenschwanzförmige
Feder auszuführen. Solche schwalbenschwanzförmige Federn
können in eine Richtung in eine dazu passende Ausnehmung
geschoben werden, wodurch ein mechanischer Halt in alle
senkrecht zu dieser Richtung verlaufenden Richtungen
resultiert. Insbesondere können die so zusammengefügten
Kühlkörpermodule nicht mehr einfach auseinandergezogen
werden, wodurch sich ein verbesserter Zusammenhalt ergibt.
Es ist ferner ein Kühlkörpermodul besonders vorteilhaft,
dessen Oberseite eine das Bauelement aufnehmende Vertiefung
aufweist. Mit Hilfe einer solchen Vertiefung ist eine
besonders einfache, schnelle und sichere Befestigung des
Bauelements möglich. Insbesondere kommt in Betracht, das
Bauelement in die Vertiefung einzukleben.
Für den Fall, daß das Bauelement eine elektrisch leitende
Außenhülle aufweist und auch das Kühlkörpermodul aus einem
elektrisch leitfähigen Material besteht, ist es besonders
vorteilhaft, die Verklebung zwischen dem Hauelement und dem
Kühlkörpermodul elektrisch isolierend auszuführen, um einen
Kurzschluß zwischen den Bauelementen zu verhindern.
Des weiteren ist ein Kühlkörpermodul besonders vorteilhaft,
auf dessen Oberseite ein Elektrolyt-Kondensator befestigt
ist. Solche Kühlkörpermodule können beispielsweise zur
Kühlung von Kondensatorbänken in Umrichtern verschiedener
Leistungsklassen verwendet werden.
Die Erfindung gibt ferner eine Anordnung von
Kühlkörpermodulen an, bei der auf jedem Kühlkörpermodul das
gleiche Bauelement befestigt ist, wobei die Bauelemente
Anschlußelemente aufweisen. Jedes Bauelement ist mit seinen
Anschlußelementen relativ zur Oberflächenstruktur des
jeweiligen Kühlkörpers gleich ausgerichtet. Die
Kühlkörpermodule sind eine durchgehende Platte bildend
aneinandergefügt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von
Kühlkörpermodulen mit gleichen, Anschlußelemente aufweisenden
Bauelementen kann die Orientierung der einzelnen Bauelemente
relativ zu den sie tragenden Kühlkörpermodulen auf die durch
die Anordnung gleicher Kühlkörpermodule gebildete
Kondensatorbank übertragen werden. Dies hat den Vorteil, daß
die einzelnen Bauelemente sehr einfach und rationell zu
kontaktieren sind.
Weiterhin ist eine Anordnung von Kühlkörpermodulen besonders
vorteilhaft, bei der die Kühlkörpermodule von einem Rahmen
zusammengehalten sind. Eine solche Anordnung von
Kühlkörpermodulen hat den Vorteil einer erhöhten mechanischen
Stabilität.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen und den dazu gehörigen Figuren näher
erläutert.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlkörpermodul mit einem
darauf befestigten Elektrolyt-Kondensator in Seitenansicht.
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlkörpermodul, das mit
Sacklöchern und Rundzapfen versehen ist, in Draufsicht.
Fig. 3A zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlkörpermodul, das mit
Nuten und Federn versehen ist, in einer ersten Seitenansicht.
Fig. 3B zeigt das Kühlkörpermodul aus Fig. 3A in einer
zweiten Seitenansicht.
Fig. 3C zeigt das Kühlkörpermodul aus Fig. 3A in
Drauf sicht.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung von
Kühlkörpermodulen in Draufsicht.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlkörpermodul 1, an
dessen Unterseite Kühlrippen 3 angeordnet sind. Auf der
Oberseite des Kühlkörpermoduls 1 befindet sich eine
Vertiefung 6, in der ein als Elektrolyt-Kondensator
ausgebildetes Bauelement 2 angeordnet ist. Das Bauelement 2
weist ein erstes Anschlußelement 7 und ein zweites
Anschlußelement 8 auf, die bei einem Elektrolyt-Kondensator
die Kathode bzw. die Anode darstellen. Das Kühlkörpermodul
besteht vorzugsweise aus einem Material, das gut wärmeleitend
ist. Insbesondere kommen in Betracht Metalle, wie
beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Das Kühlkörpermodul 1
kann hergestellt werden durch Gießen oder auch durch Fräsen.
In seinen lateralen Abmessungen entspricht es den Abmessungen
des als Elektrolyt-Kondensator ausgebildeten Bauelements 2,
wobei die Kapazitäten zwischen 100 µF und 10 mF bei
Abmessungen von etwa 10-20 mm liegen. Die Kühlrippen 3 haben
demnach einen Abstand von etwa 2-3 mm voneinander. Das
Bauelement 2 kann beispielsweise eine Außenhülle aus Metall,
insbesondere Aluminium, aufweisen. Bei Elektrolyt-Konden
satoren sind diese Außenhüllen meist mit der Kathode
elektrisch leitend verbunden, so daß es von entscheidender
Bedeutung ist, das Bauelement 2 gegenüber dem
Kühlkörpermodul 1 elektrisch zu isolieren, um einen
Kurzschluß zwischen mehreren Bauelementen 2 zu verhindern.
Eine solche elektrische Isolierung wird beispielsweise durch
eine dünne Kunststoffschicht gebildet, die aus PVC bestehen
kann und auf der Außenhülle des Bauelements 2 aufgebracht
wird. Des weiteren kann die Unterseite des Bauelements
mittels eines elektrisch isolierenden Klebers mit dem
Kühlkörpermodul 2 verbunden sein. Als elektrisch isolierender
Kleber kommt insbesondere ein Kleber in Betracht, der
Füllstoffe wie Glas oder Keramik aufweist.
Fig. 2 zeigt ein Kühlkörpermodul 1, das eine Vertiefung 6
zur Aufnahme eines Bauelements aufweist. Ferner weist das
Kühlkörpermodul 1 als Zapfen ausgebildete Vorsprünge 4 und
dazu komplementäre, als Bohrungen ausgeführte Ausnehmungen 5
auf. Da die Vorsprünge 4 auf der unteren Kante des
Kühlkörpermoduls 1 einen größeren Abstand haben, als auf der
rechten Kante des Kühlkörpermoduls 1, ist nur eine einzige
Orientierung beim Aneinanderfügen mehrerer gleicher
Kühlkörpermodule 1 möglich. Ein zweites Kühlkörpermodul 1,
das gemäß Fig. 2 ausgeführt ist, könnte nur mit seiner
linken Kante an die rechte Kante des in Fig. 1 dargestellten
Kühlkörpermoduls bündig angefügt werden.
Fig. 3A zeigt ein Kühlkörpermodul 1 mit Kühlrippen 3. Es
weist einen als schwalbenschwanzförmige Feder ausgebildeten
Vorsprung 4 auf.
Wie aus Fig. 3B hervorgeht, weist es ferner auf der dem
Vorsprung 4 gegenüber liegenden Seite eine dazu komplementäre
Ausnehmung 5 auf, die als Nut ausgebildet ist. Wie aus
Fig. 3B und aus Fig. 3C hervor geht, weist das
Kühlkörpermodul 1 ferner auf den beiden anderen
gegenüberliegenden Seiten quer zu den Seitenkanten des
Grundrisses des Kühlkörpermoduls 1 verlaufende
schwalbenschwanzförmige Vorsprünge 4 und entsprechend dazu
komplementäre Ausnehmungen 5 auf. Mit Hilfe der als Nut und
Feder ausgeführten Vorsprung 4 und Ausnehmung 5 kann das
Kühlkörpermodul 1 mit einem weiteren Kühlkörpermodul 2 durch
Zusammenschieben in der Ebene aneinander gefügt werden. Die
schwalbenschwanzförmige Ausführung der Federn verhindert, daß
die beiden Kühlkörpermodule einfach wieder auseinandergezogen
werden können und trägt so zur Stabilisierung der aus den
beiden Kühlkörpermodulen gebildeten Anordnung bei. Die
senkrecht zu den Kanten des Grundrisses des
Kühlkörpermoduls 1 verlaufenden Vorsprünge 4 bzw.
Ausnehmungen 5 ermöglichen es, das Kühlkörpermodul 1 mit
einem weiteren Kühlkörpermodul 2 durch Bewegung senkrecht zur
Ebene des Kühlkörpermoduls zusammenzufügen, wobei durch die
schwalbenschwanzförmige Ausführung der Vorsprünge 4 bzw.
Ausnehmungen 5 ein einfaches Auseinanderziehen der
Kühlkörpermodule in der Ebene verhindert wird.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung mehrerer gleicher
Kühlkörpermodule 1. Auf jedem Kühlkörpermodul 1 ist ein
Bauelement 2 angeordnet, wobei sich die Bauelemente 2
untereinander gleichen. Die Bauelemente 2 weisen jeweils ein
erstes Anschlußelement 7 und ein zweites Anschlußelement 8
auf, die nach oben, auf die vom Kühlkörpermodul 1 abgewandte
Seite des Bauelements 2 aus dem Bauelement herausgeführt
sind. Aufgrund der nicht in Fig. 4 dargestellten, eine
eindeutige Orientierung vorgebenden Vorsprünge und
Ausnehmungen der Kühlkörpermodule 1 können die Bauelemente 2
mit ihren Anschlußelementen 7, 8 eindeutig relativ zu den
Kühlkörpermodulen (1) orientiert werden. Die erfindungsgemäße
Ausführung der Oberflächenstrukturen der Kühlkörpermodule (1)
führt dazu, daß ein Kühlkörpermodul (1) nur in einer einzigen
Orientierung an ein anderes Kühlkörpermodul (1) fügbar ist,
wodurch die identische Orientierung der Bauelemente 2 auf den
Kühlkörpermodulen 1 erhalten bleibt. Dadurch ist es möglich,
mehrere Bauelemente 2 zu Bauelementebänken
zusammenzuschalten, wobei die Anschlußelemente 7, 8 alle
gleich orientiert sind, wodurch die elektrische Kontaktierung
der Bauelemente 2 stark vereinfacht wird. Die zu einer
Anordnung von Kühlkörpermodulen zusammengeschalteten
Kühlkörpermodule 1 sind von einem Rahmen 9 zusammengehalten,
der die mechanische Festigkeit der Anordnung von
Kühlkörpermodulen erhöht und ein Auseinanderfallen der
einzelnen Kühlkörpermodule (1) verhindert.
1
Kühlkörpermodul
2
Bauelement
3
Kühlrippen
4
Vorsprung
5
Ausnehmung
6
Vertiefung
7
erstes Anschlußelement
8
zweites Anschlußelement
9
Rahmen
Claims (11)
1. Plattenartiges Kühlkörpermodul (1) mit polygonförmigem
Grundriß, auf dessen Oberseite ein wärmeerzeugendes
Bauelement (2) befestigbar ist und dessen Unterseite
Kühlrippen (3) aufweist, das an seinen Außenkanten
zueinander komplementäre Oberflächenstrukturen aufweist,
mit deren Hilfe mehrere gleiche Kühlkörpermodule (1)
schachbrettartig in einer Ebene zusammenfügbar sind, wobei
die Oberflächenstrukturen so ausgebildet sind, daß ein
Kühlkörpermodul (1) in nur einer Orientierung an ein
weiteres Kühlkörpermodul (1) fügbar ist.
2. Kühlkörpermodul nach Anspruch 1,
das einen quadratischen Grundriß aufweist.
3. Kühlkörpermodul nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem die Oberflächenstrukturen durch Vorsprünge (4)
und dazu komplementäre Ausnehmungen (5) gebildet sind.
4. Kühlkörpermodul nach Anspruch 3,
bei dem die Ausnehmungen (5) in der Ebene verlaufende
Sacklöcher und die Vorsprünge (4) Rundzapfen sind.
5. Kühlkörpermodul nach Anspruch 3,
bei dem die Ausnehmungen (5) Nuten und die Vorsprünge (4)
Federn sind.
6. Kühlkörpermodul nach Anspruch 5,
bei dem die Vorsprünge (4) schwalbenschwanzförmige Federn
sind.
7. Kühlkörpermodul nach Anspruch 1 bis 6,
dessen Oberseite eine das Bauelement (2) aufnehmende
Vertiefung (6) aufweist.
8. Kühlkörpermodul nach Anspruch 7,
bei dem das Bauelement (2) elektrisch isolierend in die
Vertiefung (6) geklebt ist.
9. Kühlkörpermodul nach Anspruch 1 bis 8,
auf dessen Oberseite ein Elektrolytkondensator befestigt
ist.
10. Anordnung von Kühlkörpermodulen nach Anspruch 1 bis 9,
bei der auf jedem Kühlkörpermodul (1) das gleiche,
Anschlußelemente (7, 8) aufweisende Bauelement (2)
befestigt ist, bei der alle Bauelemente (2) mit ihren
Anschlußelementen (7, 8) relativ zur Oberflächenstruktur
des jeweiligen Kühlkörpermoduls (1) gleich ausgerichtet
sind und bei der die Kühlkörpermodule (1) eine
durchgehende Platte bildend aneinandergefügt sind.
11. Anordnung nach Anspruch 10,
bei der die Kühlkörpermodule (1) von einem Rahmen (9)
zusammengehalten sind.
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