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Die
Erfindung betrifft einen Flüssigkeitskühler und
ein Verfahren zum Kühlen
von elektronischen Hochleistungsbauteilen, insbesondere von elektronischen
Ventilen oder Ventilbaugruppen. Ein Anwendungsfall der Erfindung
betrifft die Kühlung
von elektronischen Bauteilen eines Stromrichters für ein Antriebsaggregat
eines Schienenfahrzeugs.
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Es
ist bekannt, die Fahrmotoren, mit denen ein Schienenfahrzeug oder
ein Zugverband angetrieben wird, mit Strom aus einem Stromrichter
zu versorgen. Die für
den Betrieb der Fahrmotoren erforderliche elektrische Energie bezieht
der Stromrichter z. B. aus einem von einem Dieselaggregat angetriebenen
Generator oder über
Stromabnehmer aus einem elektrischen Stromversorgungsnetz.
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In
dem Stromrichter werden Halbleiterventile eingesetzt, insbesondere
IGBTs. Die Ventile können in
Modulen hergestellt werden, die optional außer einem Ventil auch weitere
Bauelemente aufweisen können,
z. B. eine parallel zu dem Ventil geschaltete Freilaufdiode. Die
Module werden üblicherweise
an der Oberfläche
eines Kühlers
verschraubt, um die beim Betrieb der Module erzeugte Wärme abzuführen. Wegen
der hohen Schaltfrequenzen, z. B. mehrere 100 Hz oder höher, und
wegen der hohen Ströme
z. B. von mehr als 1000 A treten pro Modul hohe Wärmeleistungen
auf.
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Stromrichter
enthalten jedoch auch andere elektronische Bauteile oder Baugruppen,
die ebenfalls in Form von mehreren einzelnen Modulen verbaut werden.
Auch diese Baugruppen bzw. Module sollen während des Betriebes des Stromrichters
gekühlt
werden. Allerdings sind die erforderlichen Kühlleistungen wesentlich geringer.
Die Module dienen z. B. der Steuerung der Ventile, damit diese zu
den richtigen Zeitpunkten ein- und ausgeschaltet werden.
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Die
annähernd
ebene Außenfläche eines Hochleistungsmoduls
bzw. Hochleistungsbauteils beträgt
z. B. bei einem Standard IGBT-Modul 140 × 190 mm oder 140 × 130 mm.
Für einen
Dreiphasen-Wechselrichter werden z. B. sechs solche Standard IGBT-Module
eingesetzt.
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Auch
das Gewicht eines solchen Stromrichters ist erheblich und beträgt z. B.
160–190
kg. Daher sind auch die Anforderungen an die mechanische Festigkeit
und Stabilität
des Kühlers,
an dem die Module befestigt sind und somit von dem Kühler getragen
werden, erheblich. Die Stromrichter sollen dabei möglichst
Platz sparend ausgestaltet sein und ein möglichst geringes Gewicht haben.
Die effektive und möglichst
für alle
Module gleich große
Kühlleistung darf
dadurch jedoch nicht beeinträchtigt
werden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeitskühler zum
Kühlen
von zumindest einem elektronischen Hochleistungsbauteil anzugeben,
der bei kompakter Bauweise während seines
Betriebes möglichst
gleiche Oberflächentemperaturen
an den Oberflächenbereichen
aufweist, an denen das oder die Hochleistungsbauteile anliegen. Dies
bedeutet insbesondere, dass die Kühlleistung in diesen Bereichen
möglichst
gleich groß sein
soll. Außerdem
soll die Kühlleistung
trotz der homogenen Oberflächentemperaturen
hoch sein.
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Es
wird ein Flüssigkeitskühler vorgeschlagen,
der eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden ersten Kanälen für eine Durchströmung von
Kühlflüssigkeit
aufweist. Ferner weist der Kühler zumindest
einen zweiten Kanal auf, der beim Betrieb des Kühlers antiparallel zu den ersten
Kanälen
von der Kühlflüssigkeit
durchströmt
wird. Die Kühlflüssigkeit
strömt
zunächst
durch die ersten Kanäle
und wird in den zweiten Kanal umgelenkt, so dass die ersten Kanäle und der
zumindest eine zweite Kanal in Gegenrichtung durchströmt werden.
Ferner sind die ersten Kanäle
und der zumindest eine zweite Kanal in ein gemeinsames Kühlelement
integriert, so dass bei geringem Wärmewiderstand ein Wärmeübertrag
von der in dem zumindest einen zweiten Kanal fließenden Kühlflüssigkeit
auf die in den ersten Kanälen
fließende
Kühlflüssigkeit
stattfinden kann. Dieses Gegenstrom-Wärmetauscher-Prinzip
führt zu
einer sehr gleichmäßigen Oberflächentemperatur
an der Seite des Kühlelements,
an der die ersten Kanäle
verlaufen.
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Insbesondere
verläuft
der zumindest eine zweite Kanal in größerem Abstand zu dieser Seite bzw.
der dort liegenden Oberfläche
des Kühlelements
als die ersten Kanäle.
Auch die Mehrzahl von ersten Kanälen,
die parallel zueinander verlaufen, ermöglicht gleichmäßige Oberflächentemperaturen über einen
großen
Oberflächenbereich
des Kühlers. Mehrere
erste Kanäle
haben gegenüber
einem einzigen, breiten ersten Kanal den Vorteil, dass auch Randbereiche
der Kühlfläche gleichmäßig gekühlt werden
können.
Auch haben mehrere erste Kanäle den
Vorteil, dass durch verbleibende Stege aus dem Kühlermaterial eine hohe mechanische
Stabilität
des Kühlers
erzielbar ist. Außerdem
wird eine insgesamt große
Wärmeübertragungsoberfläche für den Übergang
von Wärme
auf die Kühlflüssigkeit
erreicht.
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Insbesondere
wird Folgendes vorgeschlagen:
Flüssigkeitskühler zum Kühlen von elektronischen Hochleistungsbauteilen,
insbesondere von elektronischen Ventilen oder Ventilbaugruppen,
wobei
- – der
Kühler
ein plattenförmiges
Kühlelement
aufweist,
- – in
dem Kühlelement
eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden ersten Kanälen für eine Durchströmung von
Kühlflüssigkeit
angeordnet ist,
- – in
dem Kühlelement
eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden zweiten Kanälen für eine Durchströmung von
der Kühlflüssigkeit
angeordnet ist, wobei die ersten Kanäle und die zweiten Kanäle parallel
zueinander verlaufen,
- – und
der Kühler
eine Umlenkung aufweist, die ausgestaltet ist, beim Betrieb des
Kühlers
die Kühlflüssigkeit
von den ersten Kanälen
in die zweiten Kanäle
umzulenken, sodass die ersten Kanäle einerseits und die zweiten
Kanäle
andererseits antiparallel von der Kühlflüssigkeit durchströmt werden,
- – die
ersten Kanäle
näher an
einer ersten Oberfläche
des Kühlelements
zum Kühlen
von zumindest einem an der ersten Oberfläche angeordneten Hochleistungsbauteil
angeordnet sind als die zweiten Kanäle und
- – die
zweiten Kanäle
näher an
einer zweiten Oberfläche
des Kühlelements
angeordnet sind als die ersten Kanäle, wobei die zweite Oberfläche der
ersten Oberfläche
gegenüber
liegt.
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Unter
einem plattenförmigen
Kühlelement wird
ein Bauteil des Kühlers
verstanden, das zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende
gegenüberliegende
Oberflächen
aufweist, wobei der Abstand der beiden Oberflächen sehr viel geringer ist als
die in Richtung der Kanal-Längsachsen
gemessenen Länge
des Kühlelements.
Insbesondere können
die ersten und zweiten Kanäle
geradlinig in dem Kühlelement
verlaufen.
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Die
Querschnitte der ersten Kanäle
einerseits und der zweiten Kanäle
andererseits können unterschiedlich
groß sein.
Auch ist es möglich,
dass sowohl bei den ersten Kanälen
als auch bei den zweiten Kanälen
Kanäle
mit unterschiedlich großen
Querschnitten vorhanden sind. Dies ermöglicht es insbesondere, dass
die Längsachsen
der ersten Kanäle
einerseits und die Längsachsen
der zweiten Kanäle andererseits
versetzt zueinander angeordnet sind. Dies erhöht die mechanische Stabilität des plattenförmigen Kühlelements.
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Unter
Längsachse
wird hier eine Linie verstanden, die sich betrachtet in einer Richtung
senkrecht zu der Oberfläche
des Kühlelements
in der Mitte des Querschnitts des jeweiligen Kanals erstreckt.
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Die
Umlenkung der Kühlflüssigkeit
von den ersten Kanälen
in die zweiten Kanäle
kann innerhalb desselben Kühlelements
realisiert sein. Vorzugsweise wird jedoch die Umlenkung in ein weiteres
Bauteil des Kühlers
bewirkt, welches mit dem plattenförmigen Kühlelement verbunden ist. Dies
erleichtert die Herstellung des Kühlelements, das beispielsweise als
Strangpressteil ausgeführt
ist. Wegen des geringen Gewichts und der gleichzeitig hohen Wärmeleitfähigkeit
wird als Material für
das Kühlelement
Aluminium bevorzugt.
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Vorzugsweise
weist zumindest einer der ersten Kanäle einen flachen Querschnitt
auf, so dass eine breitere Randfläche des Kanals etwa entlang
einer Ebene verläuft,
die sich parallel zu der ersten Oberfläche erstreckt, und eine schmalere
Randfläche
etwa in Richtung einer Verbindungslinie der ersten zu der zweiten
Oberfläche
verläuft.
Dabei müssen
die Randflächen
des Kanals nicht geradlinig verlaufen. Alternativ oder zusätzlich weist
zumindest einer der zweiten Kanäle
einen solchen flachen Querschnitt auf.
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Ein
flacher Querschnitt, der vorzugsweise bei der Mehrzahl der ersten
und zweiten Kanäle
vorhanden ist und vorzugsweise zumindest bei allen ersten Kanälen realisiert ist,
ermöglicht
es, bei flacher Bauform des plattenförmigen Kühlelements einen sehr großen Bereich
der Oberfläche
des Kühlelements
mit Kühlflüssigkeit
zu unterströmen,
d. h. es verbleiben lediglich kleine Oberflächenbereiche, unter denen sich
kein erster Kanal befindet. Wenn in dieser Anmeldung von oberhalb
oder unterhalb die Rede ist, so bezieht sich dies lediglich auf
die erste Oberfläche
des Kühlelements.
Im praktischen Einsatz kann das Kühlelement jedoch völlig frei
im Raum orientiert sein. Z. B. kann die erste Oberfläche nach unten
weisen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
eine Kanalwand zumindest eines der ersten Kanäle, die zwischen der ersten
Oberfläche
und dem Flüssigkeitsraum
des Kanals angeordnet ist, eine kammartige Struktur auf. Die kammartige
Struktur ist durch zumindest zwei nach innen in den ersten Kanal vorspringende
Vorsprünge
gebildet, so dass die Kühlflüssigkeit
in Längsrichtung
des Kanals zwischen den Vorsprüngen
strömen
kann. Auf diese Weise wird der Wärmeübergang
von der Kanalwand auf die in dem Flüssigkeitsraum des Kanals strömende Kühlflüssigkeit
verbessert.
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Insbesondere
können
die ersten Kanäle
mit der kammartigen Struktur aus Fertigungsgründen einen Innenraum aufweisen,
der einen Bereich hat, welcher sich nicht zwischen den Kämmen (Vorsprüngen) der
kammartigen Struktur erstreckt. Damit die Kühlflüssigkeit aber ausschließlich oder überwiegend zwischen
den Kämmen
strömt,
ist bei dieser Ausführungsform
zumindest ein Teil des genannten Innenraum-Bereichs für eine Kühlflüssigkeit-Durchströmung versperrt.
Zum Beispiel kann der Innenraum-Bereich mit einem Einsatz ausgefüllt werden, wobei
der Einsatz auch hohl sein kann. Dies erlaubt es z. B. die kammartige
Struktur aus Aluminium durch Strangpressen herzustellen. Ferner
kann der für
die Kühlflüssigkeit-Durchströmung zur
Verfügung stehende
Innenraum durch wahlweises Einsetzen verschieden großer Einsätze angepasst
werden.
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Ein
einzelnes Kühlelement
kann beispielsweise so auf die Maße der zu kühlenden Hochleistungsmodule
abgestimmt sein, dass zwei der Hochleistungsmodule bzw. Hochleistungsbauteile
in Längsrichtung
der ersten Kanäle
hintereinander angeordnet sind. Dabei liegen die beiden Hochleistungsbauteile
an der ersten Oberfläche
an. Die durch die ersten Kanäle
strömende
Kühlflüssigkeit
unterströmt
daher zunächst
eines der Module und dann das zweite der Module.
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Insbesondere
kann der Kühler
zwei oder mehrere der Kühlelemente
aufweisen, wobei die Mehrzahl der Kühlelemente wiederum insgesamt eine
Kühlerplatte
bilden kann, d. h. die ersten Oberflächen und die zweiten Oberflächen der
einzelnen Kühlelemente
liegen in einer gemeinsamen ersten Ebene (die ersten Oberflächen) bzw.
in einer gemeinsamen zweiten Ebene (die zweiten Oberflächen).
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Wenn
eine Mehrzahl der Kühlelemente
vorhanden ist, wird es bevorzugt, dass sie eine für ein Tragen
der daran befestigten oder zu befestigenden Hochleistungsbauteile
durchgehende tragende Einheit bilden, wobei die Kanäle der Mehrzahl
der Kühlelemente
parallel zueinander verlaufen. Insbesondere können die einzelnen Kühlelemente
(die z. B. aus Aluminium gefertigt sind) durch eine Reibschweißtechnik,
z. B. eine Rühr-Reibschweißtechnik
(z. B. nach EN4063) miteinander verbunden sein. Mit der gleichen
Verbindungstechnik ist es auch möglich, weitere
Bauteile des Kühlers
mit dem oder den Kühlementen
zu verbinden, z. B. ein Anschlussstück (siehe unten) und/oder ein
Bauteil, in dem die Umlenkung der Kühlflüssigkeit bewirkt wird. In Längsrichtung
des oder der Kühlelemente,
d. h. in Richtung der Längsachsen
der Kanäle,
befinden sich das Anschlussstück
und das Bauteil für
die Umlenkung der Kühlflüssigkeit
vorzugsweise an gegenüberliegenden
Enden des oder der Kühlelemente.
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Die
Mehrzahl der Kühlelemente
kann eine gemeinsame Zuführung
zum Zuführen
der Kühlflüssigkeit
zu den ersten Kanälen
und/oder eine gemeinsame Abführung
zum Abführen
der Kühlflüssigkeit aus
den zweiten Kanälen
aufweisen. Es ist dabei möglich,
dass zwei oder mehrere Kühlelemente
in Serie von der Kühlflüssigkeit
durchströmt
werden, d. h. die Kühlflüssigkeit
aus den zweiten Kanälen
eines der Kühlelemente
in die ersten Kanäle
eines anderen der Kühlelemente
geführt
wird. Vorzugsweise sind jedoch die Kühlelemente alle parallel durchströmt. In diesem
Fall wird aus der Zuführung
Kühlflüssigkeit
in die ersten Kanäle
aller Kühlelemente
zugeführt
und wird die aus den zweiten Kanälen
aller Kühlelemente strömende Flüssigkeit
abgeführt,
ohne sie direkt wieder in erste Kanäle einzuleiten. Eine solche erneute Einleitung
der Kühlflüssigkeit
findet erst statt, wenn die Kühlflüssigkeit
wieder abgekühlt
wurde.
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Die
Zuführung
und die Abführung
können
in einem Anschlussstück
ausgeformt sein, das plattenförmig
ist und sich z. B. rechtwinklig zu dem Verlauf der plattenförmigen Kühlelemente
erstreckt. Wird daher ein Schnitt in Längsrichtung der geradlinigen
ersten und zweiten Kanäle
betrachtet, wobei die Schnittebene senkrecht zu der ersten Oberfläche und
der zweiten Oberfläche
verläuft,
bilden das Anschlussstück
und das geschnittene Kühlelement
einen T-förmigen
Querschnitt, wobei das Anschlussstück den Querschenkel des T bildet.
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Vorzugsweise
ist außer
dem Anschlussstück zusätzlich noch
ein tragendes Teil vorhanden, an dem die plattenförmigen Kühlerelemente
befestigt sind das aber nicht von Kühlflüssigkeit durchströmt ist.
Durch diese Entkopplung von tragender Funktion und Flüssigkeitsanschluss
können
Lecks vermieden werden.
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In
besonders bevorzugter Ausgestaltung wird auch die zweite Oberfläche, die
der ersten Oberfläche
gegenüberliegt,
zur Kühlung
genutzt. An der zweiten Oberfläche
liegt in diesem Fall zumindest ein weiteres elektronisches Bauteil
an, das dadurch gekühlt
werden kann. Bei einem solchen Bauteil handelt es sich z. B. um
ein Bauteil mit einer Treiberschaltung zum Steuern des Betriebes
der an der ersten Oberfläche
anliegenden Ventil-Bauteile. Z. B. kann für jedes Ventilbauteil an der
ersten Oberfläche
an der zweiten Oberfläche
ein solches Steuerbauteil angeordnet sein. Wegen der niedrigen Kühlflüssigkeitstemperatur
in den ersten Kanälen
wird das Hochleistungsbauteil (z. B. das Ventilbauteil) mit höherer Kühlleistung
gekühlt
als das an der gegenüberliegenden
zweiten Oberfläche
angeordnete weitere elektronische Bauteil.
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Ferner
wird ein Verfahren zum Kühlen
von elektronischen Hochleistungsbauteilen, insbesondere von elektronischen
Ventilen oder Ventilbaugruppen, vorgeschlagen, wobei
- – Kühlflüssigkeit
durch eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden ersten
Kanälen
geführt wird,
wobei die ersten Kanäle
unterhalb einer ersten Oberfläche
verlaufen, an der das oder die Hochleistungsbauteile anliegen,
- – die
Kühlflüssigkeit
von den ersten Kanälen
in eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden zweiten Kanälen umgelenkt
wird, die in größerem Abstand
zu der ersten Oberfläche
verlaufen als die ersten Kanäle,
sodass die Kühlflüssigkeit
die ersten Kanäle
in einer Richtung und die zweiten Kanäle in der entgegen gesetzten
Richtung durchströmt.
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Bezüglich der
Vorteile, Ausgestaltungen und Varianten des Verfahrens wird auf
die entsprechende Beschreibung des Kühlers bzw. der Beschreibung der
Anordnung des Kühlers
mit den daran angeordneten zu kühlenden
Bauteilen verwiesen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
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1 eine
dreidimensionale Darstellung eines Kühlers mit insgesamt 6 Kühlelementen
und einem Anschlussstück,
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2 den
Kühler
gemäß 1,
jedoch zusätzlich
mit einer stirnseitigen Anschlusseinheit, an der sich Anschlussflansche
und/oder eine Schnellkupplung für
das Anschlussstück
befinden, welches in der 2 nur teilweise im Bereich der
Anschlussflansche dargestellt ist,
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3 eine
Draufsicht auf die erste Oberfläche
des in 1 und 2 dargestellten Kühlers, wobei
jedoch zusätzlich
an einer dem Anschlussstück
gegenüberliegenden
Seite der Kühlelemente ein
Bauteil angeordnet ist, welches die Umlenkung der Kühlflüssigkeit
von den ersten Kanälen
in die zweiten Kanäle
bewirkt,
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4 eine
Ansicht auf den in 3 dargestellten Kühler, wobei
die Zeichnungsebene der 4 senkrecht zu der Zeichnungsebene
der 3 verläuft,
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5 einen
Querschnitt durch den in 3 und 4 dargestellten
Kühler,
wobei die Schnittebene parallel zu der Zeichnungsebene der 4 liegt,
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6 eine
dreidimensionale Darstellung des Kühlers mit sämtlichen in den 1 bis 4 dargestellten
Bauteilen,
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7 einen
Querschnitt durch den in 3 dargestellten Kühler, wobei
die Schnittebene senkrecht zu der Zeichnungsebene der 3 und
senkrecht zu der Zeichnungsebene der 4 verläuft,
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8 eine
vergrößerte Darstellung
eines Ausschnitts aus 7.
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Der
in 1 dargestellte Kühler weist insgesamt sechs
plattenförmige
Kühlelemente 1, 2 auf,
die eine gemeinsame Kühlerplatte 11 bilden.
Das oberste und das unterste Kühlelement,
die mit den Bezugzeichen 1 bezeichnet sind, weisen eine
größere Breite
(die Breite wird in der Darstellung der 1 in vertikaler
Richtung gemessen) auf als die vier mittleren Kühlelemente 2. Der
Grund hierfür
liegt darin, dass die Kühlelemente 1 an
den Außenkanten
der Kühlplatte
Gewindebohrungen aufweisen, mit denen die Kühlplatte 11 an weiteren
Bauteilen des Kühlers
oder anderen Gegenständen
festgeschraubt werden kann. Die Kühlplatte 11 und das
ebenfalls plattenförmige
links hinten in der Darstellung der 1 angeordnete
Anschlussstück 13 weisen
im Querschnitt ein T-Profil auf (siehe 5).
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Mit
dem Bezugszeichnen 5 ist in 1 jeweils
ein Bündel
von ersten und zweiten Kanälen
bezeichnet, die in 1 nicht näher dargestellt sind. Hierauf
wird anhand von 7 und 8 noch näher eingegangen.
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1 zeigt
jedoch, dass die Kühlelemente 1, 2 jeweils
eine Mehrzahl von Gewindebohrungen aufweisen, von denen einzelne
mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet sind. In diese Gewindebohrungen 14 können Schrauben
eingeschraubt werden, um an der in 1 sichtbaren
ersten Oberfläche 16 Hochleistungsbauteile 57a, 57b (siehe 5)
zu befestigen. Dementsprechend ist auch die in 1 nicht
dargestellte Rückseite
(zweite Oberfläche 17)
mit Gewindebohrungen versehen, um an der zweiten Oberfläche 17 weitere
Bauteile 58a, 58b (siehe 5) anschrauben
zu können.
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Wie 2 zeigt,
ist an eines der Kühlelemente 1 eine
Seitenplatte 21 angeschraubt, die auch mit Anschlussflanschen
und/oder Schnellkupplungen 22, 23 zum Anschließen an Flüssigkeitsleitungen verbunden
ist. Die Anschlussflansche 22, 23 sind an dem
in 2 nicht vollständig
dargestellten Anschlussstück 13 ausgebildet.
Die Seitenplatte 21, die auch unten liegen kann und in
diesem Fall eine Bodenplatte ist, hat vorzugsweise tragende Funktion,
ist aber nicht von Flüssigkeit
durchströmt.
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Über einen
der Anschlussflansche 22, 23 wird die Kühlflüssigkeit
beim Betrieb des Kühlers
in einen Zuführungskanal 51 zur
Zuführung
von Kühlflüssigkeit
in die ersten Kanäle
eingeleitet, wobei der Zuführungskanal 51 sich
in Längsrichtung
durch das Anschlussstück 13 erstreckt.
Dabei ist jeweils auf Höhe
des anzuschließenden
Kühlelements 1, 2 eine Abzweigung
aus dem Kanal 51 in die ersten Kanäle des Kühlelements 1, 2 vorhanden.
Dies ist auch aus dem Schnitt gemäß 5 erkennbar.
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Der
andere der Flansche 22, 23 dient der Ableitung
der erwärmten
Kühlflüssigkeit
aus dem Anschlussstück 13.
In dem Anschlussstück 13 ist
ein zweiter Kanal 52, ein Abführungskanal, vorgesehen, der
sich ebenfalls in Längsrichtung
des Anschlussstücks 13 erstreckt
und dabei parallel zu dem Zuführungskanal 51 verläuft, jedoch
in dem anderen Teil des Anschlussstücks 13 verläuft, der
sich aus Sicht der Achse, die in Längsrichtung der ersten und
zweiten Kanäle
verläuft,
auf der gegenüberliegenden
Seite des kurzen Schenkels des T liegt, wenn man den T-förmigen Querschnitt der gemeinsamen
Anordnung aus Anschlussstück 13 und
Kühlelementen 1, 2 betrachtet.
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3 bis 5 zeigen
ein Bauteil 41 des Kühlers,
welches sich entlang den in 1 offen
dargestellten Enden der Kühlelemente 1, 2 erstreckt
und die Umlenkung der Kühlflüssigkeit
von den ersten Kanälen
in die zweiten Kanäle
bewirkt. Dabei kann die Umlenkung 1:1 von jeweils einem ersten Kanal
in einen zweiten Kanal bewirkt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass
die ersten Kanäle
und zweiten Kanäle
an dem in 1 dargestellten stirnseitigen
offenen Ende in einem Abstand zu dem Ende sich in einen gemeinsamen
Flüssigkeitsraum
erweitern (d. h. die Trennwände
der Kanäle
enden in einem Abstand zu dem stirnseitigen Ende). In diesem Fall
bildet das Bauteil 41 lediglich eine Abschlussplatte, die
flüssigkeitsdicht
an dem stirnseitigen Ende der Kühlerplatte 11 befestigt
ist, z. B. mit der bereits erwähnten Schweißtechnik
angeschweißt
ist. Bei einem solchen gemeinsamen Flüssigkeitsraum findet automatisch die
geeignete Verteilung der aus den ersten Kanälen ausströmenden Kühlflüssigkeit in die zweiten Kanäle statt.
Dieser Fall ist aus der Schnittdarstellung von 5 erkennbar.
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Aus 5 ist
auch ein erster Kanal 54 und ein zweiter Kanal 55 erkennbar.
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Eine
dreidimensionale Ansicht des Kühlers mit
Kühlplatte 11,
Anschlussstück 13,
Bauteil 21 und Bauteil 41 ist aus 6 erkennbar.
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Der
Kühler
kann Bestandteil eines Stromrichter-Moduls sein. Dabei werden z.
B. mehrere der Kühler,
die bereits mit elektronischen Bauteilen bestückt sind, in das Stromrichter-Modul
eingeschoben. In ein Stromrichter-Modul können z. B. drei bis sechs Kühler eingeschoben
werden.
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Die
Schnittdarstellung gemäß 7 zeigt die über die
Längserstreckung
der ersten Kanäle 54 und
der zweiten Kanäle 55 gleich
bleibende Querschnittsform in schematischer Darstellung. Dabei ist 7 schematisch
zu verstehen. 8 zeigt jedoch, dass auch in
dem Ausschnitt VIII jeweils mehrere erste Kanäle 54 und mehrere
zweite Kanäle 55 parallel zueinander
und jeweils in Reihe angeordnet sind. Die Ausschnittsvergrößerung gemäß 8 zeigt,
dass die ersten Kanäle 54 an
ihrer zu der ersten Oberfläche 16 weisenden
Kanalwand eine kammartige Struktur mit insgesamt fünf Vorsprüngen 81 aufweisen,
wobei die Vorsprünge 81 sich
in der Art eines Bergrückens über die
gesamte Längserstreckung (senkrecht
zur Figurenebene) des Kanals 54 erstrecken. Zwischen den
Vorsprüngen 81 kann
Kühlflüssigkeit
hindurchströmen.
Wegen der verhältnismäßig geringen
Abstände
der Vorsprünge 81 kann
es im Bereich der kammartigen Struktur zu turbulenter Strömung kommen,
wodurch einerseits ein sehr guter Wärmeübergang auf die Kühlflüssigkeit
gewährleistet
ist und andererseits ein Austausch der zwischen den Vorsprüngen 81 fließenden Flüssigkeit und
der in den anderen Querschnittsbereichen des Kanals 54 fließenden Kühlflüssigkeit
bewirkt wird. Es ist daher gewährleistet,
dass sich in der Querschnittsebene des Kanals 54 keine
großen
Temperaturunterschiede ausbilden können.
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In
der in 8 dargestellten speziellen Ausgestaltungsvariante
sind die anderen Querschnittbereiche des Kanals 54, die
sich nicht zwischen den Vorsprüngen 81 befinden,
durch einen Einsatz 89 ausgefüllt. Die Flüssigkeit strömt daher
ausschließlich
zwischen den Vorsprüngen 81.
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8 zeigt
außerdem,
dass die zweiten Kanäle 55 gegenüber den
ersten Kanälen 54 versetzt angeordnet
sind. Verfolgt man ausgehend von der ersten Oberfläche 16 den
Verlauf des Materials, welches das Kühlelement bildet, bedeutet
die versetzte Anordnung, dass der Materialverlauf zwischen zwei ersten
Kanälen 54 bei
geradliniger Fortsetzung des Verlaufs auf einen zweiten Kanal 55 trifft.
Der weitere Verlauf knickt daher ab und erreicht eine Trennwand zwischen
zwei zweiten Kanälen 55,
knickt dort wiederum ab und erreicht erst dann die zweite Oberfläche 17.
Anders ausgedrückt
sind Stege zwischen den ersten Kanälen 54 und Stege zwischen
den zweiten Kanälen 55 über eine
quer zur Stegrichtung verlaufende Trennwand verbunden, wobei die
Trennwand die ersten Kanäle 54 und
die zweiten Kanäle 55 trennt.
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Berücksichtigt
man nicht die Vorsprünge 81, bzw.
betrachtet man die Vorsprünge 81 als
Oberflächengestaltung
einer im Wesentlichen geradlinig verlaufenden Oberfläche der
ersten Kanäle 54,
sind sowohl die ersten Kanäle 54 als
auch die zweiten Kanäle 55 mit
einem flachen Querschnitt ausgestattet, bei dem die Trennwände zu der
ersten Oberfläche 16 bzw.
zu der zweiten Oberfläche 17 und
auch die Trennwände
zwischen den ersten Kanälen 54 und den
zweiten Kanälen 55 einen
wesentlich längeren Abschnitt
der Kanaloberfläche
bilden, als die Trennwände
zwischen den einzelnen ersten Kanälen 54 bzw. zwischen
den einzelnen Kanälen 55.