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Die
Erfindung betrifft eine Kühlanordnung
zur Kühlung
elektronischer Bauelemente.
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Aus
der
GB 2 059 569 A geht
eine Kühlanordnung
zur Kühlung
elektronischer Bauelemente mit folgenden Merkmalen hervor: Einem
Kühlkörper aus wärmeleitendem
Material, der einen vom wärmeleitenden
Material umgebenen Hohlraum zum Durchströmenlassen eines Fluids durch
den Kühlkörper und
zwei oder mehr vom Hohlraum abgekehrte und in voneinander verschiedene
Richtungen weisende äußere Oberflächenabschnitte
aufweist, an deren jedem je ein oder mehr zu kühlende elektronische Bauelemente
befestigt ist oder sind. Die Kühlanordnung wird
für einen
tragbaren Funksender eingesetzt.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE
44 01 608 C1 (korrespondierend mit US-A-5 695 872) ist eine
Kühlanordnung
zur Kühlung
elektronischer Bauelemente mit einem Kühlkörper aus wärmeleitendem Material, der
einen vom wärmeleitenden
Material umgebenen Hohlraum zum Durchströmenlassen eines Fluids durch
den Kühlkörper und
einen vom Hohlraum abgekehrten ebenen äußeren Oberflächenabschnitt
aufweist, an dem ein oder mehr zu kühlende elektronische Bauelemente
befestigt ist oder sind, bekannt.
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Die
mit dieser Kühleinrichtung
zu kühlenden elektronischen
Bauelemente sind Leistungshalbleiter mit Bereichen höherer Strom-,
Spannungs- und/oder Verlustleistung.
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Der
Kühlkörper dieser
Einrichtung ist im Wesentlichen ein Rohr aus wärmeleitendem Material und mit
rechteckigem Querschnitt. Durch den Hohlraum dieses Rohres strömt Wasser
als Fluid, so dass dieser Kühlkörper ein
Wasserkühler
ist.
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Das
oder die zu kühlenden
elektronischen Bauelemente sind alle auf einem und demselben vom
Hohlraum abgekehrten ebenen äußeren Oberflächenabschnitt
des Kühlrohres
befestigt, der eine einzelne der vier Seiten des rechteckigen Querschnitts
definiert und sich in Strömungsrichtung
des durch den Hohlraum des Rohres strömenden Wassers erstreckt.
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Die
Verlustwärme
der elektronischen Bauelemente wird über Plättchen abgeleitet. Jedes Plättchen ist
durch eine thermisch leitende Klebeverbindung am Kühlrohr befestigt,
die sich zwischen diesem Plättchen
und dem einen ebenen äußeren Oberflächenabschnitt
des Kühlrohres
befindet. Die Klebeverbindung muss gut elektrisch isoliert sein,
da die Plättchen
auf Betriebsspannung liegen.
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In
der Patentschrift sind im Wesentlichen diese Klebeverbindung, deren
Herstellung und deren Verwendung beschrieben.
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Der
eine ebene äußere Oberflächenabschnitt,
an dem ein oder mehr zu kühlende
elektronische Bauelemente am Kühlrohr
befestigt ist oder sind, wird für
die Klebeverbindung zumindest im Bereich der Klebestellen vorbehandelt.
Insbesondere kann diese Vorbehandlung in einer Glättung der Oberfläche bestehen,
damit nicht bei zu großer
Oberflächenrauigkeit
Spitzen in die Klebeschicht hineinragen und die Spannungsfestigkeit
verschlechtern.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE 197 36 415 A1 geht eine Klebeverbindung
zwischen einem metallischen Substrat und einem zumindest im Oberflächenbereich
aus Keramik bestehenden Körper hervor.
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Diese
Klebeverbindung wird beispielsweise bei Leistungsbaugruppen mit
mindestens einem Leistungsbauelement zur Herstellung eines wärmeleitenden
und elektrisch isolierenden Verbundes zwischen den Leistungsbauelementen
und einem Kühlkörper verwendet,
der einerseits die Abfuhr der Verlustwärme ermög licht und andererseits eine
ausreichende elektrische Isolierung zum Kühlkörper gewährleistet.
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Dazu
werden die Leistungsbaugruppen oder die einzelnen Leistungsbauelemente
auf einen Kupferträger
durch Kleben aufgebracht. Der Kupferträger wird über elektrisch isolierende
Keramikzwischenstücke
mit dem Kühlkörper verbunden.
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Anstelle
eines Keramikzwischenstücks
kann auch eine plasmagespritzte Keramikschicht verwendet werden,
die auf die Kupferträger
aufgebracht wird, worauf der Kupferträger über die Keramikschicht mit
dem Kühlkörper verklebt
wird.
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Auch
in dieser Patentschrift sind im Wesentlichen eine Klebeverbindung
und deren Herstellung beschrieben. Eine Information über eine
Ausbildung des Kühlkörpers geht
aus dieser Schrift nicht hervor.
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Die
Erfindung stellt eine Kühlanordnung
zur Kühlung
elektronischer Bauelemente bereit, die einen Kühlkörper aus wärmeleitendem Material aufweist,
auf dessen äußerer Oberfläche ein
oder mehr elektronische Bauelemente befestigt ist oder sind und
der einen vom wärmeleitenden
Material umgebenen Hohlraum zum Durchströmenlassen eines Fluids durch
den Kühlkörper aufweist,
wobei diese Kühleinrichtung
vorteilhafterweise eine größere Zahl Bauelemente
als eine bisherige Kühleinrichtung
dieser Art kühlen
kann.
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Die
erfindungsgemäße Kühlanordnung
weist gemäß Anspruch
1 die Merkmale auf: Einen Kühlkörper aus
wärmeleitendem
Material, der einen vom wärmeleitenden
Material umgebenen Hohlraum zum Durchströmenlassen eines Fluids durch
den Kühlkörper und zwei
oder mehr vom Hohlraum abgekehrte und in voneinander verschiedene
Richtungen weisende äußere Oberflächenabschnitte
aufweist, an deren jedem je ein oder mehr zu kühlende elektronische Bauelemente
befestigt ist oder sind. Die Kühlanordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper der Kühlanordnung einen Abschnitt
eines von einem Fluid durchströmten
Kanals eines Kühlkreislaufes
des Kraftfahrzeugs bildet.
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Bei
der erfindungsgemäßen Kühlanordnung steht
vorteilhafterweise am Kühlkörper eine
größere Fläche zum
Befestigen der elektronischen Bauelemente als bisher zur Verfügung, da
zu kühlende
Bauelemente nicht wie bisher nur zweidimensional auf einem äußeren Oberflächenabschnitt
des Kühlkörpers, sondern
zusätzlich
zu diesem einen Oberflächenabschnitt
auf zumindest einem weiteren, in eine andere Richtung als der eine
Oberflächenabschnitt
weisenden äußeren Oberflächenabschnitt
des Kühlkörpers und
damit dreidimensional und nicht nur zweidimensional angeordnet und
befestigt werden können.
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Bei
einer bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlanordnung
weist der Kühlkörper zumindest
zwei in zueinander senkrechten Richtungen und/oder zueinander schrägen Richtungen
weisende äußere Oberflächenabschnitte
auf, an deren jedem je ein oder mehr zu kühlende elektronische Bauelemente
befestigt ist oder sind.
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Bei
einer ebenfalls bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kühlanordnung
weist der Kühlkörper zumindest
ein Paar voneinander abgekehrte und auf zueinander entgegengesetzten
Seiten des Hohlraums angeordnete äußere Oberflächenabschnitte auf, an deren
jedem je ein oder mehr zu kühlende
elektronische Bauelemente befestigt ist oder sind.
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Bei
dieser Ausführungsform
können
die voneinander abgekehrten äußeren Oberflächenabschnitte
eines solchen Paares in im We sentlichen genau zueinander entgegengesetzten
Richtungen, aber auch in zueinander schrägen Richtungen ausgerichtet
sein.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform weist der Kühlkörper zwei
oder mehr Paar solche voneinander abgekehrte und auf zueinander
entgegengesetzten Seiten des Hohlraums angeordnete äußere Oberflächenabschnitte auf,
an deren jedem je ein oder mehr zu kühlende elektronische Bauelemente
befestigt ist oder sind, wobei die äußeren Oberflächenabschnitte
verschiedener Paare in zueinander verschiedene Richtungen weisen.
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Insbesondere
kann die erfindungsgemäße Kühlanordnung
einen Kühlkörper mit
drei oder mehr äußeren Oberflächenabschnitten
aufweisen, an deren jedem je ein oder mehr elektronische Bauelemente
befestigt ist oder sind, wobei diese äußeren Oberflächenabschnitte
einen Querschnitt des Kühlkörpers in
Form eines Dreiecks, Vierecks oder sonstigen Vielecks, insbesondere
eines gleichseitigen Dreiecks, eines Rechtecks oder Quadrats oder
sonstigen regelmäßigen Polygons
definieren.
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Beim
Kühlkörper der
erfindungsgemäßen Kühlanordnung
kann ein äußerer Oberflächenabschnitt,
an dem ein oder mehr elektronische Bauelemente befestigt ist oder
sind, in einer Strömungsrichtung
des durch den Hohlraum strömenden
Fluids ausgerichtet sein. Bevorzugt wird ein Kühlkörper verwendet, bei dem ein äußerer Oberflächenabschnitt, an
dem ein oder mehr elektronische Bauelemente befestigt ist oder sind,
und wenigstens ein weiterer äußerer Oberflächenabschnitt,
an dem ein oder mehr elektronische Bauelemente befestigt ist oder
sind, der aber in eine andere Richtung als der eine äußere Oberflächenabschnitt
weist, jeweils in einer Strömungsrichtung
des durch den Hohlraum strömenden Fluids
ausgerichtet.
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Eine
besonders bevorzugte und im Hinblick auf die Kühlwirkung besonders vorteilhafte
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühlanordnung weist
einen Kühlkörper auf,
bei dem jeder der in die voneinander verschiedenen Richtungen weisenden äußeren Oberflächenabschnitte,
an deren jedem je ein oder mehr zu kühlende elektronische Bauelemente
befestigt ist oder sind, in einer Strömungsrichtung des durch den
Hohlraum strömenden
Fluids ausgerichtet ist.
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Bei
einer bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlanordnung
weist zumindest ein äußerer Oberflächenabschnitt,
an dem ein oder mehr zu kühlende
elektronische Bauelemente befestigt ist oder sind, wenigstens bereichsweise
eine elektrisch leitende Oberfläche auf,
an die ein oder mehr der auf diesem äußeren Oberflächenabschnitt
befestigten zu kühlenden
elektronischen Bauelemente elektrisch angeschlossen ist oder sind.
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"Wenigstens bereichsweise" bedeutet, dass nur
ein vorgebbarer Teilbereich des äußeren Oberflächenabschnitts,
der nicht den ganzen äußeren Oberflächenabschnitt
einnimmt, eine elektrisch leitende Oberfläche ist, oder dass ausnahmslos
der ganze äußere Oberflächenabschnitt
eine elektrisch leitende Oberfläche
ist.
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Beispielsweise
kann eine elektrisch leitende Oberfläche eines äußeren Oberflächenabschnitts des
Kühlkörpers zu
einer Verbindung mit Masse vorgesehen sein, und ein elektrisch an
dieser Oberfläche
angeschlossenes elektronisches Bauelement kann einen elektrischen
Masseanschluss aufweisen, der an diese elektrisch leitende Oberfläche angeschlossen
ist.
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Bei
einer ebenfalls bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kühlanordnung
weist zumindest ein äußerer Oberflächenabschnitt,
an dem ein oder mehr zu kühlende elektronische
Bauelemente befestigt ist oder sind, wenigstens bereichsweise eine
wärmeleitende
elektrisch isolierende Oberfläche
auf, auf der ein oder mehr der zu kühlenden elektronischen Bauelemente befestigt
ist oder sind.
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Hier
bedeutet "wenigstens
bereichsweise" analog,
dass auf nur einem vorgebbaren Teilbereich des äußeren Oberflächenabschnitts,
der nicht den ganzen äußeren Oberflächenabschnitt
einnimmt, eine wärmeleitend
elektrisch isolierende Oberfläche aufweist,
oder dass ausnahmslos der ganze äußere Oberflächenabschnitt
eine wärmeleitend
elektrisch isolierende Oberfläche
aufweist.
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Die
beiden zuletzt erwähnten
Ausführungsformen
schließen
den Fall mit ein, dass beim Kühlkörper zumindest
ein äußerer Oberflächenabschnitt, an
dem ein oder mehr zu kühlende
elektronische Bauelemente befestigt ist oder sind, wenigstens einen
Teilbereich aufweist, der eine elektrisch leitende Oberfläche ist,
und dieser äußere Oberflächenabschnitt
wenigstens einen anderen Teilbereich aufweist, der eine wärmeleitend
elektrisch isolierende Oberfläche
aufweist.
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An
jeder elektrisch leitenden Oberfläche dieses äußeren Oberflächenabschnitts
können
ein oder mehr der auf diesem äußeren Oberflächenabschnitt befestigte
zu kühlende
elektronische Bauelemente elektrisch angeschlossen sein, und auf
jeder wärmeleitend
elektrisch isolierenden Oberfläche
dieses Oberflächenabschnitts
können
ein oder mehr der auf diesem äußeren Oberflächenabschnitt
befestigten zu kühlenden
elektronischen Bauelemente befestigt sein.
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Bei
einer Ausführungsform
der Kühlanordnung,
bei welcher ein äußerer Oberflächenabschnitt eine
wärmeleitend
elektrisch isolierende Oberfläche aufweist,
ist vorzugsweise auf der wärmeleitend
elektrisch isolierenden Oberfläche
zumindest ein elektrischer Leiter befestigt, an den ein oder mehr
der zu kühlende
elektronische Bauelemente elektrisch angeschlossen ist oder sind.
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Bei
einer bevorzugten und vorteilhaften Ausgestaltung dieser letztgenannten
Ausführungsform ist
auf wenigstens zwei in voneinander verschiedene Richtungen weisenden äußeren Oberflächenabschnitten
des Kühlkörpers, an
deren jedem je ein oder mehr zu kühlende elektronische Bauelemente befestigt
ist oder sind, je wenigstens ein elektrischer Leiter befestigt,
der einen in einem Winkel von diesem Oberflächenabschnitt abstehenden Leiterabschnitt
aufweist, wobei ein von einem dieser beiden äußeren Oberflächenabschnitte
abstehender Leiterabschnitt und ein vom anderen äußeren Oberflächenabschnitt
abstehender Leiterabschnitt elektrisch durch einen außerhalb
des Kühlkörpers angeordneten
elektrischen Verbindungsleiter miteinander verbunden sind.
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Bei
einer weiteren bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kühlanordnung
ist im Hohlraum des Kühlkörpers eine
in Kontakt sowohl mit dem wärmeleitenden
Material des Kühlkörpers als
auch mit dem strömenden Fluid
stehende Wärmetauschereinrichtung
zur Verstärkung
eines Wärmeaustauschs
zwischen dem Kühlkörper und
dem Fluid vorhanden.
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Eine
bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltung dieser letztgenannten
Ausführungsform
ist so ausgebildet, dass sich die Wärmetauschereinrichtung zumindest
gegenüber
jedem äußeren Oberflächenabschnitt,
an dem ein oder mehr elektronische Bauelementen befestigt ist oder
sind, flächenhaft
auf einer den Hohlraum begrenzenden Innenfläche des Kühlkörpers erstreckt und in flächig verteilter
Verbindung mit dem wärmeleitenden
Material des Kühlkörpers steht.
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"Flächenhaft
auf der Innenfläche
sich erstrecken" bedeutet
ein sich Erstrecken auf der Innenfläche nicht nur in einer, sondern
in zwei voneinander verschiedenen Richtungen.
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"Flächig verteilte
Verbindung der Wärmetauschereinrichtung
mit dem wärmeleitendem
Material des Kühlkörpers" bedeutet zum Einen,
dass die Wärmetauschereinrichtung
nicht nur in einer, sondern in zwei voneinander verschiedenen Richtungen
mit dem Material des Kühlkörpers verbunden
ist, und zum Anderen, dass die Wärmetauschereinrichtung
in jeder dieser Richtungen durchgehend und/oder wenigstens an zwei
oder mehreren getrennten Stellen mit dem Material des Kühlkörpers verbunden
ist.
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Bevorzugter-
und vorteilhafterweise weist die Wärmetauschereinrichtung eine
in Kontakt sowohl mit dem wärmeleitenden
Material des Kühlkörpers als
auch mit dem strömenden
Fluid stehende flächenhaft
ausgedehnte Struktur aus wärmeleitendem Material
mit einer vom Fluid kontaktierten spezifischen Kontaktoberfläche größer als
eins auf.
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"Spezifische Kontaktoberfläche" bedeutet den vom
Fluid tatsächlich
kontaktierten Flächeninhalt der
Kontaktoberoberfläche
in Bezug auf den Flächeninhalt
einer ebenen Vergleichsfläche,
insbesondere den auf eine Flächeneinheit
einer ebenen Vergleichsfläche
entfallenden Flächeninhalt
der Kontaktoberfläche,
beispielsweise den Flächeninhalt
der Kontaktoberfläche
pro cm2 ebener Vergleichsfläche. Wenn
die spezifische Kontaktfläche
größer als
1 ist, bedeutet dies, dass der Flächeninhalt der Kontaktoberoberfläche größer als
der Flächeninhalt
der ebenen Vergleichsfläche
ist. Je größer die
spezifische Kontaktfläche
ist, desto günstiger
ist es.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Struktur zumindest eine
in Kontakt mit dem strömenden
Fluid stehende Stufe aus wärmeleitendem Material
auf.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausgestaltung, die mit der einen Ausgestaltung
kombiniert sein kann, weist die Struktur zwei oder mehr sich kreuzende
drahtartig langgestreckte Körper
aus wärmeleitendem
Material auf.
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Die
Anwendung der erfindungsgemäßen Kühlanordnung
ist zum Kühlen
elektronischer Bauelemente, insbesondere Leistungshalbleiter, eines Kraftfahrzeugs,
wobei der Kühlkörper der Kühlanordnung
einen Abschnitt eines von einem Fluid durchströmten Kanals des Kraftfahrzeugs
definiert. Insbesondere definiert der Kühlkörper einen Abschnitt eines
von Fluid durchströmten
Kanals eines Kühlkreislaufs
des Kraftfahrzeugs.
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Der
Kanal des Kühlkreislaufs
ist beispielsweise ein von einem Kühler oder Wärmetauscher oder einer anderen
erfindungsgemäßen Kühlanordnung
des Kraftfahrzeugs fortführender
Kanal oder ein zu einem Kühler
oder Wärmetauscher
oder einer anderen erfindungsgemäßen Kühlanordnung
des Kraftfahrzeuges hinführender
Kanal. Das Fluid kann beispielsweise Kühlwasser zur Kühlung einer
Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs sein, wobei das Kühlwasser
reines Wasser oder ein Gefrierschutzmittelgemisch, beispielsweise
ein Gemisch aus Wasser und Glykol aufweist. Insbesondere ist der
Kanal des Kühlkreislaufs
in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs angeordnet.
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Die
Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren
beispielhaft näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 in
schematischer perspektivischer Darstellung eine beispielhafte erfindungsgemäße Kühlanordnung
mit einem speziellen Kühlkörper, auf dem
zu kühlende
elektronische Bauelemente befestigt sind,
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2 einen
Querschnitt der Kühlanordnung nach 1 längs der
in 1 gezeigten Schnittlinie I-I des Kühlkörpers wobei
im Hohlraum des Kühlkörpers eine
Wärmetauschereinrichtung
angeordnet ist,
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2a einen
entlang der Schnittlinie II-II in 2 und einer
Längsachse
des Kühlkörpers nach 2 sich
erstreckenden vertikalen Längsschnitt durch
eine untere Wand dieses Kühlkörpers und
eine mit dieser Wand in Kontakt stehende Wärmetauschereinrichtung in Form
eines Drahtgeflechts,
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2b den
gleichen Längsschnitt
durch die untere Wand dieses Kühlkörpers und
die mit dieser Wand in Kontakt stehende Wärmetauschereinrichtung wie
in 2a, die hier aber in Form von Kühlrippen
anstelle eines Drahtgeflechts ausgebildet ist,
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3 einen
der 2 entsprechenden Querschnitt eines anderen speziellen
Kühlkörpers für die erfindungsgemäße Kühlanordnung,
der eine andere Querschnittsform als der Kühlkörper nach den 1 und 2 aufweist,
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4 den
Kühlkörper der
Kühlanordnung nach
den 1 und 2 in der Querschnittsdarstellung
nach 2, aber speziell mit einer wärmeleitenden elektrisch isolierenden äußeren Oberfläche
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5 eine
spezielle Ausführungsform
der Kühlanordnung
nach 4 in der gleichen Querschnittsdarstellung, bei
der auf zwei in verschiedene Richtungen weisenden benachbarten Oberflächenabschnitten
des Kühlkörpers befestigte
elektronische Bauelemente elektrisch miteinander verbunden sind,
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6 eine
spezielle andere Ausführungsform
der Kühlanordnung
nach 4 in der gleichen Querschnittsdarstellung, bei
der auf zwei voneinander abgekehr ten Oberflächenabschnitten des Kühlkörpers befestigte
elektronische Bauelemente elektrisch miteinander verbunden sind,
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7 die
Ausführungsform
nach 6 der Kühlanordnung
in der gleichen Darstellung, wobei zwischen die auf den zwei voneinander
abgekehrten Oberflächenabschnitten
befestigten elektronischen Bauelemente ein Kondensator geschaltet
ist, der ein auf einem dritten Oberflächenabschnitt des Kühlkörpers befestigtes
passives elektronisches Bauelement bildet, und
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8 in
schematischer Darstellung einen von einem Fluid durchströmten Kanal
eines Kraftfahrzeugs, in den der Kühlkörper einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung
geschaltet ist und einen Abschnitt des Kanals definiert.
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Die
Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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In
den Figuren ist die schematisch dargestellte Kühlanordnung zur Kühlung elektronischer Bauelemente
generell mit 1 und der Kühlkörper der Kühlanordnung 1 mit 2 bezeichnet,
und die auf dem Kühlkörper befestigten
elektronischen Bauelemente sind mit 3 bezeichnet.
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Der
Kühlkörper 2 kann
aus zwei oder mehreren Teilen zusammengesetzt oder einstückig sein und
besteht aus wärmeleitendem
Material, das aus einem, zwei oder mehr chemischen Stoffen bestehen kann.
Ein chemischer Stoff des wärmeleitenden
Materials kann elektrisch leitend oder nicht leitend sein.
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Ein
elektrisch leitender chemischer Stoff weist vorzugsweise Metall,
insbesondere Kupfer, und/oder eine Metalllegierung auf. Ein elektrisch nichtleitender
wärmeleitender
chemischer Stoff weist vorzugsweise Keramikmaterial, insbesondere
Al2O3, AlN oder
dgl. auf.
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Der
Kühlkörper 2 weist
außerdem
einen vom wärmeleitenden
Material umgebenen Hohlraum 20 zum Durchströmenlassen
eines mit dem Bezugszeichen 200 angedeuteten Fluids durch
den Kühlkörper 2 auf.
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Überdies
weist der Kühlkörper 2 erfindungsgemäß zwei oder
mehr vom Hohlraum 20 abgekehrte und in voneinander verschiedene
Richtungen weisende äußere Oberflächenabschnitte
auf, deren jeder mit 21 bezeichnet ist und an deren jedem
je ein oder mehr der zu kühlenden
elektronischen Bauelemente 3 befestigt ist oder sind. "In verschiedene Richtungen
weisen" bedeutet,
dass die voneinander verschiedenen äußeren Oberflächenabschnitte
in voneinander verschiedene Richtungen weisende Flächennormale
aufweisen.
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Die äußeren Oberflächenabschnitte 21 weisen
vorzugsweise jeweils zumindest eine ebene Fläche auf, auf der ein, zwei
oder mehr der elektronischen Bauelemente befestigt ist oder sind.
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Zwei äußere Oberflächenabschnitte 21 können senkrecht
oder schräg
in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet sein, können voneinander abgekehrt
und dann insbesondere parallel zueinander angeordnet sein und können aneinandergrenzen oder
voneinander getrennt sein.
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Jedes
auf dem Kühlkörper 2 befestigte
elektronische Bauelement 3 kann ein aktives Bauelement oder
ein passives Bauelement sein.
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Beispiel
eines aktiven Bauelements ist eine integrierte Halbleiterschaltung
mit einer oder mehreren Dioden und/oder einem oder mehreren Transistoren
und/oder Thyristoren, beispielsweise eine Leistungshalbleiterschaltung.
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Beispiel
eines passiven Bauelements ist ein elektrischer Kondensator, eine
elektrische Spule, ein elektrischer Widerstand, sowie eine mit einem
oder mehreren dieser passiven Elemente allein gebildete Schaltung,
die ebenfalls vorzugsweise als integrierte Halbleiterschaltung ausgeführt ist.
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Jedes
auf einem äußeren Oberflächenabschnitt 21 befestigte
elektronische Bauelement 3 kann auf einer elektrisch leitenden
Fläche
dieses Oberflächenabschnitts 21,
die sich ganz oder nur bereichsweise auf dem äußeren Oberflächenabschnitt 21 erstreckt,
und/oder auf einer elektrisch isolierenden Fläche dieses äußeren Oberflächenabschnitts 21,
die sich ganz oder nur bereichsweise auf dem äußeren Oberflächenabschnitt 21 erstreckt,
befestigt sein.
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Beispielsweise
kann es so eingerichtet sein, dass eine elektrisch leitende Fläche eines äußeren Oberflächenabschnitts 21 auf
insbesondere für
alle elektronischen Bauelemente geltendes Referenzpotential, beispielsweise
Masse, liegt und dass ein elektronisches Bauelement 3 derart
auf diesem äußeren Oberflächenabschnitt 21 befestigt
ist, dass der Referenzpotentialanschluss dieses Bauelements 3 direkt an
diese elektrisch leitende Fläche
des äußeren Oberflächenabschnitts 21 angeschlossen
ist.
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Im
Hohlraum 20 des Kühlkörpers 2 ist
eine in Kontakt sowohl mit dem wärmeleitenden
Material des Kühlkörpers 2 als
auch mit dem strömenden
Fluid 200 stehende Wärmetauschereinrichtung 6 zur Verstärkung eines
Wärmeaustauschs
zwischen dem Kühlkörper 2 und
dem Fluid 200 vorhanden.
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Die
Wärmetauschereinrichtung 6 ist
zumindest gegenüber
jedem äußeren Oberflächenabschnitt 21,
an dem ein oder mehr elektronische Bauelemente 3 befestigt
ist oder sind, angeordnet, erstreckt sich flächenhaft auf einer den Hohlraum 20 begrenzenden
Innenfläche 22 des
Kühlkörpers 2 und steht
in flächig verteilter
Verbindung 62 mit dem wärmeleitenden
Material des Kühlkörpers 2.
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Außerdem weist
die Wärmetauschereinrichtung 6 eine
in Kontakt sowohl mit dem wärmeleitenden
Material des Kühlkörpers 6 als
auch mit dem strömenden
Fluid 200 stehende flächenhaft
ausgedehnte Struktur 60 aus wärmeleitendem Material mit einer
vom Fluid 200 kontaktierten spezifischen Kontaktoberfläche 61 auf,
die größer als
1 ist. Letzteres kann beispielsweise bedeuten, dass die auf 1 cm2 der z.B. ebenen Innenfläche 22 des Kühlkörpers 2 entfallende
Kontaktoberfläche
größer als
1 cm2 ist.
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Die
ebene Vergleichsfläche
auf die sich die Kontaktoberfläche
der Wärmetauschereinrichtung bezieht,
muss nicht notwendig die Innenfläche 22 des Kühlkörpers 2 oder
eine dazu parallele Fläche
sein, sondern kann prinzipiell auch jede insbesondere ebene andere
Fläche
sein, die in einem beliebigen Winkel zur Innenfläche 22 des Kühlkörpers 2,
insbesondere auch senkrecht dazu, angeordnet ist.
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Das
den Kühlkörper 2 entlang
einer Längsachse
A z.B. in Richtung des Pfeils 200' durchströmende Fluid 200 kann
prinzipiell jedes fließfähige Medium,
sei es eine Festpartikelansammlung und/oder eine Flüssigkeit
und/oder ein Gas, sein. Das Fluid sollte nur eine für den beabsichtigten Zweck
ausreichend hohe spezifische Wärmekapazität aufweisen.
Für viele
Zwecke ist Wasser (H2O) eine geeignete Basis
für das
Fluid.
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Elektronische
Bauelemente 3 können
in Richtung der Längsachse
A hintereinander und/oder seitlich nebeneinander angeordnet auf
einem äußeren Oberflächenabschnitt 21 befestigt
sein.
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Der
Kühlkörper 2 ist
bei einer bevorzugten Ausführungsform äußerlich
im Wesentlichen ein innen hohler prismatischer Körper mit der Längsachse A,
parallel zu der sich die im Wesentlichen ebenen äußeren Oberflächenabschnitte 21 zum
Befestigen der elektronischen Bauelemente 3 des Kühlkörpers 2 angeordnet
sind und entlang der das Fluid 200 den Kühlkörper 2 durchströmt.
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Die
den Hohlraum 20 begrenzende Innenfläche 22 des Kühlkörpers 2 umschreibt
vorzugsweise ebenfalls eine prismatische Körperform mit der Längsachse
A. Im Querschnitt senkrecht zur Achse A weist der prismatische Kühlkörper 2 innen
und außen vorzugsweise
die gleiche Querschnittsform auf, insbesondere so, dass eine Wandstärke d des
Kühlkörpers 2 überall gleich
ist.
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Die
Querschnittsform kann ein Dreieck, Viereck und allgemein ein beliebiges
Polygon sein. Vorzugsweise wird ein regelmäßiges Polygon verwendet.
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Bei
der in den 1 und 2 dargestellten beispielhaften
Kühlanordnung 1 ist
der Kühlkörper 2 speziell
ein prismatischer Hohlkörper
mit rechteckiger oder quadratischer Querschnittsform.
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Dieser
prismatische Kühlkörper 2 ist
beispielsweise einstückig
und besteht z.B. aus Kupfer.
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Die
vier zueinander verschieden orientierten bzw. in verschiedene Richtungen
weisenden äußeren Oberflächenabschnitte 21 sind
eben und erstrecken sich alle parallel zur Längsachse A des Kühlkörpers 2.
Jeweils zwei benachbarte äußere Oberflächenabschnitte 21 sind
senkrecht zueinander angeordnet.
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Konkret
folgen gemäß den 1 und 2 im
Uhrzeigersinn aufeinander:
- – Der äußere Oberflächenabschnitt 21 mit
der nach oben weisenden Flächennormalen 211 und der
diesem nach oben weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 benachbarte äußere Oberflächenabschnitt 21 mit
der nach rechts weisenden Flächennormalen 212,
- – der äußere Oberflächenabschnitt 21 mit
der nach rechts weisenden Flächennormalen 212 und der
diesem nach rechts weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 benachbarte äußere Oberflächenabschnitt 21 mit
der nach unten weisenden Flächennormalen 211',
- – der äußere Oberflächenabschnitt 21 mit
der nach unten weisenden Flächennormalen 211' und der diesem
nach unten weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 benachbarte äußere Oberflächenabschnitt 21 mit
der nach links weisenden Flächennormalen 212', und
- – der äußere Oberflächenabschnitt 21 mit
der nach links weisenden Flächennormalen 212' und der diesem
nach links weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 benachbarte
nach oben äußere Oberflächenabschnitt 21 Flächennormalen 211.
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Gleichzeitig
bedeutet dies, dass es zwei Paar voneinander abgekehrte und auf
zueinander entgegengesetzten Seiten des Hohlraums 20 angeordnete äußere Oberflächenabschnitte 21, 21 gibt, d.h.
das aus dem nach oben weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 211 und
dem nach unten weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 211' gebildete Paar,
das kurz mit (211, 211') bezeichnet sei, und das aus dem
nach rechts weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 212 und
dem nach links weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 212' gebildete Paar,
das kurz mit (212, 212') bezeichnet sei.
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Auf
zumindest zwei, vorzugsweise auf jedem der vier äußeren Oberflächenabschnitte 21 sind
jeweils ein oder mehr elektronische Bauelemente 3 befestigt.
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Beispielsweise
seien auf dem nach oben weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 211 drei
elektronische Bauelemente 3, auf dem nach rechts weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 212 zwei
elektronische Bauelemente 3, auf dem nach unten weisen den äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit der
Flächennormalen 211' nur ein elektronisches Bauelement 3 und
auf dem nach links weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 212' mehr als drei
elektronische Bauelemente 3 befestigt.
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Außerdem sei
beispielsweise angenommen, dass der nach oben weisende äußere Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 211 eine
zur Befestigung elektronischer Bauelemente 3 präparierte
elektrisch leitende Oberfläche 215 und
eine ebenfalls zur Befestigung elektronischer Bauelemente 3 präparierte
wärmeleitende
elektrisch isolierende Oberfläche 216 aufweist,
wobei zwei der drei elektronischen Bauelemente 3 auf der
elektrisch leitenden Oberfläche 215 und
das dritte elektronische Bauelement 3 auf der elektrisch
isolierenden Oberfläche 216 befestigt
ist.
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Ähnliche
Verhältnisse
könnten
auch bei den anderen drei äußeren Oberflächenabschnitten 21 vorliegen.
Der Einfachheit halber sei angenommen, dass bei diesen anderen drei äußeren Oberflächenabschnitten 21 jeweils
die ganze Oberfläche
eine zur Befestigung elektronischer Bauelemente 3 präparierte
elektrisch leitende Oberfläche 215 ist.
-
Eine
zum Befestigen elektronischer Bauelemente 3 präparierte
elektrisch leitende Oberfläche 215 eines äußeren Oberflächenabschnitts 21 kann beispielsweise
durch das für
diese Befestigung vorbehandelte blanke Metall, hier Kupfer, des
Kühlkörpers 2 gebildet
sein. Eine wärmeleitende
elektrisch isolierende Oberfläche 216 kann
dann beispielsweise eine durch Aufbringen einer Schicht aus elektrisch isolierendem
Material auf das blanke Metall des Kühlkörpers 2 erzeugte und
zur Befestigung elektronischer Bauelemente 3 präparierte
Oberfläche
dieser Schicht sein.
-
Umgekehrt
könnte
der Kühlkörper 2 aus
wärmeleitendem
elektrisch isolierenden Material bestehen und eine elektrisch iso lierende
Oberfläche 216 eines äußeren Oberflächenabschnitts 21 beispielsweise
durch das zur Befestigung elektronischer Bauelemente 3 präparierte
blanke wärmeleitende
elektrisch isolierende Material des Kühlkörpers 2 gebildet sein.
Eine elektrisch leitende Oberfläche 215 könnte dann
beispielsweise eine durch Aufbringen einer Schicht aus elektrisch
leitendem Material auf das blanke wärmeleitende elektrisch isolierende
Material des Kühlkörpers 2 erzeugte
und zur Befestigung elektronischer Bauelemente 3 präparierte
Oberfläche dieser
Schicht sein.
-
Auch
können
eine elektrisch leitende Oberfläche 215 und
eine wärmeleitende
elektrisch isolierende Oberfläche 216 eines äußeren Oberflächenabschnitts 21 durch
das blanke elektrisch leitende Material und das blanke wärmeleitende
elektrisch isolierende Material eines heterogen aus diesen beiden Materialien
zusammengesetzten Kühlkörpers 2 gebildet
sein.
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Die
Wärmetauschereinrichtung 6 im
Hohlraum 20 des Kühlkörpers 2 weist
speziell eine Struktur 60 in Form einer Vielzahl sich kreuzender
feiner Drähte 602 aus
beispielsweise Metall, insbesondere Kupfer, auf, deren gesamte Oberfläche die
vom Fluid 200 kontaktierte Kontaktoberfläche 61 bildet.
Diese Struktur 60 erstreckt sich vorzugsweise und gemäß den 2 und 2a sowohl
in Längs-,
Breiten- als auch Höhenrichtung über die
ganze Innenfläche 22 des
Kühlkörpers 2.
Die Drähte 602 stehen
in zwar nicht kontinuierlicher, aber doch flächig verteilter Verbindung 62 mit
dem wärmeleitenden
Material des Kühlkörpers 2.
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Die
Struktur 60 kann gemäß 2b auch
in Form einer Vielzahl von in Kontakt mit dem strömenden Fluid 200 stehenden
Stufen 601 aus wärmeleitendem
Material bestehen. Diese Stufen 601 definieren vorzugsweise
gemeinsam mehrere Kühlrippen und
erstrecken sich vorzugsweise senkrecht zur Längsachse A des Kühlkörpers 2.
Auch diese Struktur 60, die mit der Struktur nach den 2 und 2a kombinierbar
ist, erstreckt sich vorzugsweise sowohl in Längs-, Breiten- als auch Höhenrichtung über die
ganze Innenfläche 22 des
Kühlkörpers 2. Die
Struktur nach 2b steht in kontinuierlich flächig verteilter
Verbindung 62 mit dem wärmeleitenden
Material des Kühlkörpers 2.
-
Bevor
einige auf der Kühlanordnung 2 nach den 1 und 2 basierende
konkrete Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Kühlanordnung
beschrieben werden, sei noch auf die 3 hingewiesen,
die ein Beispiel eines prismatischen Kühlkörpers 2 mit einer
vom prismatischen Kühlkörper 2 nach
den 1 und 2 verschiedenen Querschnittsform
zeigt.
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Der
Kühlkörper 2 nach 3 weist
beispielsweise acht äußere Oberflächenabschnitte 21 auf,
die sich parallel zur Längsachse
A dieses Kühlköpers 2 erstrecken
und gemeinsam eine oktogonale Querschnittsform definieren.
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Die
acht verschieden zueinander orientierten und in ihrer Orientierung
jeweils durch die im Uhrzeigersinn aufeinanderfolgenden Flächennormalen 211, 213, 212, 214, 211', 213', 212' bzw. 214' gekennzeichneten äußeren Oberflächenabschnitte 21 sind eben,
und jeweils zwei benachbarte äußere Oberflächenabschnitte 21 sind
wie die dazugehörigen
Flächennormalen
zeigen, schräg
zueinander angeordnet.
-
Hier
gibt es vier Paar voneinander abgekehrte und auf zueinander entgegengesetzten
Seiten des Hohlraums 20 angeordnete äußere Oberflächenabschnitte 21, 21,
d.h. das Paar (211, 211'), das Paar (213, 213'), das Paar
(212, 212')
und das Paar (214, 214').
-
Die äußeren Oberflächenabschnitte 21, 21 des
Paares (211, 211')
stehen senkrecht zu den äußeren Oberflächenabschnitte 21, 21 des
Paares (212, 212'),
und die äußeren Oberflächenabschnitte 21, 21 des
Paares (213, 213')
stehen senkrecht zu den äußeren Oberflächenabschnitte 21, 21 des
Paares (214, 214').
-
Auch
hier können
auf jedem der acht äußeren Oberflächenabschnitte 21 ein,
zwei oder mehr elektronische Bauelemente 3 befestigt werden,
soweit dieser äußere Oberflächenabschnitt 21 eine
dafür präparierte
Oberfläche
aufweist, die eine elektrisch leitende Oberfläche 215 und/oder eine
wärmeleitende
elektrisch isolierende Oberfläche 216 sein kann.
-
Der
in der 4 im Querschnitt dargestellte Kühlkörper 2 einer
Kühlanordnung,
die der Kühlanordnung 1 nach
den 1 und 2 entspricht, unterscheidet
sich vom Kühlkörper 2 nach 2 lediglich
dadurch, dass auf die elektrisch leitende Oberfläche 215 der vier aneinandergrenzenden äußeren Oberflächenabschnitte 21 dieses
Kühlkörpers 2 eine alle
diese äußeren Oberflächenabschnitte 21 bedeckende
Schicht 206 aus wärmeleitendem
elektrisch isolierenden Material aufgebracht ist, deren Oberfläche eine
zum Befestigen elektronischer Bauelemente 3 präparierte
wärmeleitende
elektrisch isolierende Schicht 216 ist.
-
Die
Schicht 206 besteht beispielsweise aus einer durch Plasmaspritzen
auf den Kühlkörper 2 aufgebrachten
und mit einem Klebstoff versiegelten Schicht aus einem gut wärmeleitenden
aber elektrisch isolierenden Keramikmaterial, beispielsweise Al2O3 oder AlN.
-
Die
Oberfläche 216 der
Schicht 206 ist so präpariert,
dass darauf elektronische Bauelemente 3 und elektrische
Leiter befestigt werden können,
wobei sowohl auf einem äußeren Oberflächenabschnitt 21 als
auch auf in verschiedene Richtungen weisenden äußeren Oberflächenabschnitten 21 befestigte elektronische
Bauelemente 3 elektrisch miteinander verbunden sein können, dabei
aber vom Kühlkörper 2 aus
elektrisch leitendem Material sicher elektrisch isoliert sind
-
In
der 5 ist eine mit dem beispielhaften Kühlkörper 2 nach 4 gebildete
Ausbildung einer Kühlanordnung
im gleichen Querschnitt durch den Kühlkörper 2 wie in 4 dargestellt,
bei der befestigte elektronische Bauelemente 3, die auf
in verschiedene Richtungen weisenden äußeren Oberflächenabschnitten 21 befestigt
sind, durch einen gemeinsamen elektrischen Verbindungsleiter 5 miteinander
verbunden sind.
-
So
sind nach 5 beispielsweise zwei über dem
nach oben weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 211 auf
der wärmeleitenden
elektrisch isolierenden Oberfläche 216 der
Schicht 206 befestigte elektronische Bauelemente 3 durch
den elektrischen Verbindungsleiter 5 miteinander und überdies
mit zwei über
dem benachbarten, nach links weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 212' auf der wärmeleitenden
elektrisch isolierenden Oberfläche 216 der
Schicht 206 befestigten elektronischen Bauelemente 3 verbunden.
-
Der
die vier elektronischen Bauelemente 3 miteinander verbindende
elektrische Verbindungsleiter 5 ist gebogen und umgibt
den Kühlkörper 2 teilweise
und mit Abstand.
-
Durch
Weiterführung
des elektrischen Verbindungsleiters 5 können mit den vier bereits elektrisch
verbundenen elektronischen Bauelementen 3 weitere elektronische
Bauelemente 3 verbunden werden, die auf der wärmeleitenden
elektrisch isolierenden Oberfläche 216 der
Schicht 206 über
dem nach unten weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 211' und/oder über dem
nach rechts weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 211' befestigt sind.
-
Nach 5 sind
außerdem
jeweils auf einem äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
wärmeleitender
elektrisch isolierender Oberfläche 216 angeordnete
elektronische Bauelemente 3 an einen elektrischen Leiter 4 angeschlossen,
der auf der wärme leitenden
elektrisch isolierenden Oberfläche 216 über diesem äußeren Oberflächenabschnitt 21 befestigt
ist.
-
Sind
derartige elektrische Leiter 4 auf voneinander abgekehrten äußeren Oberflächenabschnitten 21 mit
jeweils wärmeleitender
elektrisch isolierender Oberfläche 216 befestigt,
können
sie auf einfache Weise dadurch elektrisch miteinander verbunden
werden, wenn jeder solche Leiter 4 an zumindest einem Rand
seines äußeren Oberflächenabschnitts 21 je
einen in einem Winkel α von
seinem äußeren Oberflächenabschnitt 21 abstehenden
Leiterabschnitt 41 aufweist, wobei vorzugsweise α = 90° gilt.
-
Diese
Verbindung kann dadurch hergestellt werden, dass der abstehende
Leiterabschnitt 41 des Leiters 4 auf dem einem äußeren Oberflächenabschnitt 21 und
der abstehende Leiterabschnitt 41 des Leiters 4 auf
dem anderen äußeren Oberflächenabschnitt 21 elektrisch
durch einen außerhalb
des Kühlkörpers 2 angeordneten
elektrischen Verbindungsleiter 5 miteinander verbunden
sind.
-
Die 6 zeigt
ein Beispiel einer Kühlanordnung 1 mit
einem Kühlkörper 2 nach 4,
bei der auf der wärmeleitenden
elektrisch isolierenden Oberfläche 216 der
Schicht 206 über
den zwei voneinander abgekehrten äußeren Oberflächenabschnitten 21, 21 mit
den Flächennormalen 211 und 211' des Kühlkörpers 2 je
ein elektrischer Leiter 4 befestigt ist, der am linken
Rand seines jeweiligen äußeren Oberflächenabschnitts 21 einen
im Winkel von 90° von diesem äußeren Oberflächenabschnitt 21 abstehenden
Leiterabschnitt 41 aufweist.
-
Die
beiden abstehenden Leiterabschnitte 41 dieser Leiter 4 sind
elektrisch durch den außerhalb des
Kühlkörpers 2 angeordneten
elektrischen Verbindungsleiter 5 miteinander verbunden,
der parallel und mit Abstand zum nach links weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 212' verläuft.
-
Diese
Verbindung ist beispielsweise so hergestellt, dass die beiden abstehenden
Leiterabschnitte 41 durch eine zwischen jedem abstehenden Leiterabschnitt 41 und
dem elektrischen Verbindungsleiter 5 angeordnete elektrische
Isolierung 54 elektrisch voneinander isoliert sind, und
dass eine elektrische Verbindung zwischen jedem abstehenden Leiterabschnitt 41 und
dem Verbindungsleiter 5 durch je eine sowohl diesen abstehenden
Leiterabschnitt 41 als auch den Verbindungsleiter 5 von
außen
umgreifende Anschluss- und Verbindungsklemme 50 hergestellt
ist.
-
Die
in der 7 dargestellte beispielhafte Kühlanordnung 1 unterscheidet
sich vom Beispiel nach 6 nur in der etwas anderen Ausführung des Kühlkörpers 2 und
darin, dass auch auf der rechten Seite des Kühlkörpers 2 abstehende
Leiterabschnitte 41 eines elektrischen Leiters 4 vorhanden
sind, die durch einen elektrischen Verbindungsleiter miteinander
verbunden sind.
-
Beim
Beispiel nach 7 ist zusätzlich auf der wärmeleitenden
elektrisch isolierenden Oberfläche 216 der
Schicht 206 über
den zwei voneinander abgekehrten äußeren Oberflächenabschnitten 21, 21 mit
den Flächennormalen 211 und 211' des Kühlkörpers 2 neben
den bereits vorhandenen elektrischen Leitern 4 mit den
abstehenden Leiterabschnitten 41 am linken Rand des jeweiligen äußeren Oberflächenabschnitts 21 je
ein weiterer elektrischer Leiter 4 befestigt, der am rechten
Rand des jeweiligen äußeren Oberflächenabschnitts 21 einen
im Winkel von 90° von
diesem äußeren Oberflächenabschnitt 21 abstehenden
Leiterabschnitt 41 aufweist.
-
Die
beiden am rechten Rand des jeweiligen äußeren Oberflächenabschnitts 21 abstehenden
Leiterabschnitte 41 der weiteren Leiter 4 sind ähnlich wie
die am linken Rand des jeweiligen äußeren Oberflächenabschnitts 21 abstehenden
Leiterabschnitte 41 der einen Leiter 4 elektrisch
durch einen außer halb
des Kühlkörpers 2 angeordneten
weiteren elektrischen Verbindungsleiter 5 miteinander verbunden, der
parallel zum nach rechts weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 212 verläuft.
-
Auch
diese Verbindung ist beispielsweise so hergestellt, dass die beiden
abstehenden Leiterabschnitte 41 der weiteren Leiter 4 durch
eine zwischen jedem abstehenden Leiterabschnitt 41 und
dem elektrischen Verbindungsleiter 5 angeordnete elektrische Isolierung 54 elektrisch
voneinander isoliert sind, und dass eine elektrische Verbindung
zwischen jedem abstehenden Leiterabschnitt 41 und dem Verbindungsleiter 5 durch
je eine sowohl diesen abstehenden Leiterabschnitt 41 als
auch den Verbindungsleiter 5 von außen umgreifende Verbindungsklemme 50 hergestellt
ist.
-
Speziell
ist der weitere Verbindungsleiter 5 auf der rechten Seite
des Kühlkörpers 2 beispielsweise
eine Platte bzw. Elektrode eines Kondensators 7.
-
Anders
als der einstückige
Kühlkörper 2 nach
den 2 und 4 bis 6 ist der
Kühlkörper 2 nach 7 beispielsweise
ein zusammengesetzter Kühlkörper mit
rechteckiger oder quadratischer Querschnittsform.
-
Beispielsweise
ist der zusammengesetzte Kühlkörper 2 aus
einem den nach oben weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 211 aufweisenden
oberen Wandabschnitt 201 aus elektrisch leitendem Material,
aus einem den nach unten weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 211' aufweisenden
unteren Wandabschnitt 201' aus
elektrisch leitendem Material, aus einem den nach rechts weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 212 aufweisenden
rechten Wandabschnitt 202 aus elektrisch leitendem Material und
aus einem den nach links weisenden äußeren Oberflächenabschnitt 21 mit
der Flächennormalen 212' aufweisenden
linken Wandabschnitt 201' aus elektrisch
leiten dem Material zusammengesetzt. Das elektrisch leitende Material
ist beispielsweise jeweils Kupfer.
-
Der
obere und untere Wandabschnitt 201 und 201' sind zwischen
dem rechten und linken Wandabschnitt 202 und 202' angeordnet
und beispielsweise durch Hartlöten
an Lötstellen 70 miteinander
verbunden.
-
Der
Verbindungsleiter 5 auf der linken Seite des Kühlkörpers 2 liegt
hier beispielsweise am linken Wandabschnitt 202' an, während der
weitere Verbindungsleiter 5 auf der rechten Seite des Kühlkörpers 2 am
rechten Wandabschnitt 202 anliegt.
-
Die
Wandabschnitte 201, 201' und die Wandabschnitte 202, 202' könnten auch
aus voneinander verschiedenen wärmeleitenden
Materialien, die jeweils elektrisch leitend oder nicht leitend sein können, bestehen
-
Auf
den elektrischen Leitern 4 sind jeweils ein, zwei oder
mehr elektronische Bauelemente 3 befestigt, die auch beim
Beispiel nach 6 vorhanden, dort aber nicht
dargestellt sind.
-
Die
beiden Verbindungsleiter 5 sind bei der Kühlanordnung 1 nach 7 beispielsweise
je ein kontinuierlich durchgehender Leiter. Jeder Verbindungsleiter 5 könnte auch
durch ein oder mehrere in ihn geschaltete elektrische Schaltungselemente,
beispielsweise einen oder mehrere Kondensatoren, Spulen, Widerstände usw.
unterbrochen sein.
-
Die
ganze Kühlanordnung 1 nach 7 ist beispielsweise
hermetisch dicht in ein Metallgehäuse 8 eingeschlossen,
durch das nur die Anschluss- und Verbindungsklemmen 50 auf
der linken Seite des Kühlkörpers 2 mittels
Dichtungen 81 nach außen
geführt
sind.
-
In
der 8 ist beispielhaft dargestellt, wie eine in den 1 bis 7 dargestellte
Kühlanordnung 1 zum
Kühlen
elektronischer Bauelemente 3 eines Kraftfahrzeugs verwendet
werden kann.
-
In
der 8 bezeichnet das Bezugszeichen 110 generell
einen Kühlkreislauf
des Kraftfahrzeugs.
-
Der
Kühlkreislauf 110 weist
beispielsweise einen in einer Richtung 200' von Fluid durchströmten Kanal 111 und
einen in der zur einen Richtung 200' entgegengesetzten Richtung 200'' von dem Fluid 200 durchströmten Kanal 112 auf.
Das Fluid 200 kann im Kanal 110 auch in der zur
Richtung 200' entgegengesetzten
Richtung 200'' und im anderen
Kanal 112 in der einen Richtung 200' strömen.
-
In
zumindest einem der beiden Kanäle 111 und 112,
beispielsweise im Kanal 111, ist wenigstens eine Kühlanordnung 1 derart
angeordnet, dass der Kühlkörper 2 dieser
Kühlanordnung 1 einen
vom Fluid durchströmten
Abschnitt dieses Kanals 111 oder 112, im Beispiel
der Kanal 111, definiert.
-
Die
beiden Kanäle 111 und 112 sind
bei den Positionen 10 und 11 miteinander verbunden.
-
Die
Verbindung der beiden Kanäle 111 und 112 bei
den Positionen 10 und 11 kann beispielsweise eine
direkte Verbindung derart sein, dass die beiden Kanäle 111 und 112 einen
Kühlkreislauf 110 in Form
eines ringförmig
Kanal bilden, in welchem ein, zwei oder mehrere Kühlkörper 2 je
einer Kühlanordnung 1 angeordnet
sind. Dabei ist es zweckmäßig, wenn
das den ringförmig
geschlossenen Kanal durchströmende
Fluid 200 zumindest auf der Strecke dieses Kanals, die
zwischen dem Austritt des Fluids 200 aus dem zuletzt vom
Fluid 200 durchströmten Kühlkörper 2 und
dem Wiedereintritt des Fluida 200 in den zuerst wieder
vom Fluid 200 durchströmten Kühlkörper 2 liegt,
gekühlt
wird.
-
Diese
Kühlung
kann dadurch erfolgen, dass der Kanal entlang dieser Strecke beispielsweise
kontinuierlich Wärme
aus dem Fluid 200 an die Umgebung abgibt, beispielsweise
in Form von Wärmestrahlung
abstrahlt.
-
Vorzugsweise
ist jedoch im Kühlkreislauf 110,
zusätzlich
zu der einen oder den zwei oder mehreren Kühlanordnungen 1, deren
jede selbst in Bezug auf das Fluid 200 als Wärmetauschereinrichtung
zur Erwärmung
des Fluids 200 wirkt, zumindest eine Wärmetauschereinrichtung zur
Kühlung
des Fluids 200 angeordnet.
-
In
der 8 sei beispielsweise das Kästchen 10 und/oder
das Kästchen 11 eine
solche Wärmetauschereinrichtung
zur Kühlung
des Fluids 200 und verbinde die Kanäle 111 und 112 des
Kühlkreislaufes 110 miteinander,
so dass das Fluid 200 durch diese Wärmetauschereinrichtung 10 und/oder 11 strömt und in
dieser durch Wärmetausch
gekühlt
wird.
-
Die
Leistungsfähigkeit
einer solchen Wärmetauschereinrichtung
zur Kühlung
des Fluids 200 hängt
von den jeweiligen Umständen
ab, insbesondere davon, welche und/oder wie viele Wärmequellen
das durch den Kühlkreislauf 110 strömende Fluid 200 erwärmen und
wie stark diese sind.
-
Bei
einem konkreten Beispiel ist der Kühlkreislauf 110 ein
Kühlkreislauf
zur Kühlung
einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Dieser Kühlkreislauf 110 wird
von Fluid 200 in Form von Kühlwasser durchströmt, das
beispielsweise Wasser oder ein Gefrierschutzmittelgemisch, beispielsweise ein
Gemisch aus Wasser und Glykol, ist.
-
Die
Brennkraftmaschine weist bekanntlich Zylinder, die eine Wärmequelle
bilden, und zur Kühlung
der Zylinder eine vom Fluid 200 in Form des Kühlwassers
durchströmte
Wärmetauschereinrichtung
auf, in der dieses Fluid 200 durch Wärmeaustausch mit den Zylindern
erwärmt
wird. Beispielsweise sei durch das Kästchen 11 in 8 eine
solche Wärmetauschereinrichtung
zur Kühlung
der Zylinder der Brennkraftmaschine angedeutet.
-
Das
aus dieser Wärmetauschereinrichtung 11 strömende erwärmte Fluid 200 in
Form des Kühlwassers
wird im Kühlkreislauf 110 zu
einer im Kühlkreislauf 110 angeordneten
Wärmetauschereinrichtung
zur Kühlung
des Fluids 200 in Form des Kühlwassers geführt, die
bekanntermaßen
ein Kühler
des Fahrzeugs zur Kühlung
des erwärmten
Kühlwassers aus
der Brennkraftmaschine ist. Beispielsweise sei diese Wärmetauschereinrichtung
zur Kühlung
des Fluids 200 durch das Kästchen 10 in 8 angedeutet.
-
Die
Wärmetauschereinrichtung 10 in
Form des Kühlers
zur Kühlung
des Fluids 200 und die Wärmetauschereinrichtung 11 zur
Kühlung
der Brennkraftmaschine sind durch die Kanäle 111 und 112 derart
miteinander verbunden, dass in einem Kanal 111 oder 112 das
in der Wärmetauschereinrichtung 10 gekühlte Fluid 200 von
dieser Wärmetauschereinrichtung 10 zur
Wärmetauschereinrichtung 11 der Brennkraftmaschine
strömt,
und im anderen Kanal 112 bzw. 111 das in der Wärmetauschereinrichtung 11 der
Brennkraftmaschine erwärmte
Fluid 200 von dieser Wärmetauschereinrichtung 11 zur
Wärmetauschereinrichtung 10 strömt.
-
In
der 8 strömt
beispielsweise das von der Wärmetauschereinrichtung 10 gekühlte Fluid 200 im
Kanal 111 in der Richtung 200' zur Wärmetauschereinrichtung 11 der
Brennkraftmaschine und strömt
das von der Wärmetauschereinrichtung 11 der Brennkraftmaschine
erwärmte
Fluid 200 im Kanal 112 in der Richtung 200'' zur Wärmetauschereinrichtung 10 zur
Kühlung
des erwärmten
Fluids 200 zurück.
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Die
Kühlanordnung 1 ist
in diesem Fall beispielsweise im Kanal 111 so angeordnet,
dass der Kühlkörper 2 einen
Abschnitt des Kanals 11 bildet. Eine Kühleeinrichtung 1 könnte auch
im Kanal 112 angeordnet sein.
-
Die
bei Kraftfahrzeugen auftretenden hohen Stromstärken von beispielsweise 1000
A und mehr lassen sich mit der erfindungsgemäßen Kühlanordnung 1 in allen
ihren Ausführungsformen
leicht durch Verwendung elektrischer Leiter mit ausreichend großem Querschnitt,
beispielsweise mit Dickschichtleitern einer Dicke von gleich oder
größer als
300 μm vorteilhafterweise
ohne weiteres bewältigen.