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Die
Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung
einer elektrischen Energieversorgung mit Stromrichter für zumindest
einen Elektromotor, mit einer Aufnahmefläche für elektrische Leistungsbausteine
des Stromrichters, die an der Kühlvorrichtung
wärmeleitend
an geometrisch vorbestimmten Stellen einer im wesentlichen durchgängig ebenen
Aufnahmefläche
in geometrisch vorbestimmter Ausrichtung zu fixieren sind.
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Bei
dem Stromrichter kann es sich um einen Umrichter handeln, der eine
Zwischenkreis-Gleichspannung
mittels Hochleistungs-Transistoren, insbesondere IGBT's, zum Beispiel durch
Pulsweitenmodulation, in eine Betriebsspannung einstellbarer Frequenz
und Leistung für
einen Asynchron- oder Synchron-Elektromotor umwandelt.
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Die
ebene Aufnahmefläche
bietet eine gute Möglichkeit
der Wärmeleitung
von Leistungsbaustein zu Kühlvorrichtung;
insbesondere müssen
keine Ausnehmungen für
den Sitz der Leistungsbausteine vorgesehen sein, so dass die Fertigung
einfach ist und auch die Materialstärke der Kühlvorrichtung geringer ausgelegt
werden kann. Aufgrund von erforderlichen Passungen und Einbautoleranzen
der Kühlvorrichtung
sind aber Fehler bei der Montage begünstigt – bis hin zur Fehlfunktion
oder Beschädigung des
montierten Geräts.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und
kostengünstige
Fertigung zu erlauben.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist es Aufgabe der Erfindung, montagebedingte Fehlfunktionen oder
Beschädigungen
zu verringern bis verhindern.
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Diese
Aufgaben werden gelöst
durch eine Kühlvorrichtung
nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 10, eine Schablone
nach Anspruch 11, die Verwendung einer Schablone nach Anspruch 13
und eine elektrische Energieversorgung nach Anspruch 14.
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Insbesondere
wenn die Aufnahmeflächenebene
praktisch durchgängig
glatt oder zumindest abschnittsweise glatt ausgebildet ist und zumindest
ein Leistungsbaustein, mehrere Leistungsbausteine oder alle Leistungsbausteine
praktisch niveaugleich mit der Aufnahmeflächen-Ebene auf dieser aufliegend
an der Kühlvorrichtung
angebracht sind, ist ein erfindungsgemäßes Positionierungsmittel und/oder ein
erfindungsgemäßes Ausrichtungsmittel
besonders vorteilhaft.
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Die
Erfindung bietet den Vorteil, dass einerseits ein sehr guter Sitz
des Leistungsbausteins gewährleistet
ist und dass andererseits eine sowohl manuelle als auch automatische
Montage stark erleichtert ist, so dass die Kühlvorrichtung mit geringem
Fertigungsaufwand, mit geringen Kosten und mit hoher Montagegenauigkeit
und damit mit geringem Ausschuss, z. B. auf Grund fehlerhaften Sitzes
des Leistungsbausteines, bewerkstelligt werden kann.
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Die
Erfindung erreicht diese Vorteile dadurch, dass elektrische Leistungsbausteine
mit einem Positionierungsmittel positioniert und/oder mit einem
Ausrichtungsmittel ausgerichtet praktisch niveaugleich mit der Aufnahmeflächen-Ebene
auf dieser aufliegend an der Kühlvorrichtung
wärmeleitend zu
fixieren sind. Dadurch wird neben der genauen Montage auch eine
günstige,
d. h. mit geringem Wärmeübergangswiderstand
ausgeführte
Wärmeankopplung
des Leistungsbausteins an der Kühlvorrichtung
erreicht (im folgenden wird der Einfachheit halber lediglich von
Leistungsbaustein im Singular gesprochen; davon umfasst sind selbstverständlich auch
Ausgestaltungen, bei denen lediglich ein Leistungsbaustein oder
zwei, drei, vier, insbesondere fünf oder
noch mehr Leistungsbausteine erfindungsgemäß vorgesehen sind).
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Durch
die niveaugleiche Anordnung entfallen nach dem Stand der Technik
durchaus übliche
und äußerst aufwendige
Ausnehmungen, Nuten oder dergleichen, die mittels abtragender Verfahren
eingearbeitet werden müssen.
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Es
kann ein Positionierungsmittel vorgesehen sein, ein solches positioniert
im wesentlichen den Leistungsbaustein auf der Aufnahmeflächen-Ebene
hinsichtlich seiner Lage. Es kann alternativ ein Ausrichtungsmittel
vorgesehen sein, mit dem der Leistungsbaustein hinsichtlich seiner
Ausrichtung, also seiner Orientierung in der Montagelage vorgegeben
wird. Gleichzeitig oder alternativ können sowohl ein Positionierungsmittel
im obigen Sinne als auch ein Ausrichtungsmittel im obigen Sinne
separat ausgebildet und gleichzeitig verwendet sein. Schließlich – aber nicht
abschließend
im Sinne der Erfindung – kann
auch ein einziges Mittel vorgesehen sein, welches einen Leistungsbaustein
gleichzeitig im obigen Sinne positioniert und ausrichtet.
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Ein
Positionierungsmittel und/oder Ausrichtungsmittel kann dauerhaft
mit der Kühlvorrichtung verbunden
sein, z. B. durch Verlöten,
Verschweißen, oder
auch Verschrauben; dabei kommt es darauf an, dass das Positionierungsmittel
und/oder Ausrichtungsmittel auch nach der Montage des Leistungsbausteins
nicht von der Kühlvorrichtung
getrennt wird. Dann handelt es sich um ein permanentes Positionierungsmittel
und/oder Ausrichtungsmittel.
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Alternativ
und/oder zusätzlich
kann ein Positionierungsmittel und/oder Ausrichtungsmittel vorgesehen
sein, welches lediglich temporär,
also vor der Montage, während
der Montage oder auch für
einen bestimmten, fertigungstechnisch vorgegebenen Zeitraum während und/oder
nach der Montage bei der Kühlvorrichtung
verbleibt und anschließend
von der Kühlvorrichtung
abgenommen wird.
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Der
Leistungsbaustein wird, insbesondere mit Wärmeleitpaste und/oder durch
Verschraubung an der Kühlvorrichtung, – vorzugsweise
permanent – wärmeleitend
fixiert. In der wärmeleitend
fixierten Lage ist der Leistungsbaustein praktisch möglichst präzise positioniert
und/oder ausgerichtet an der Kühlvorrichtung
niveaugleich mit ihrer Aufnahmeflächen-Ebene wärmeleitend
fixiert. Die Wärme,
die die elektrischen Leistungsbausteine produzieren, wird über die
Aufnahmeflächen-Ebene
in die Kühlvorrichtung
dabei besonders effizient abgeführt,
so dass eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung
bei einfacher Montage und Herstellung und bei geringem Ausschuss
und hoher Montage-Präzision
und bei hohem Qualitätsniveau
eine große
Leistung von elektrischen Leistungsbausteinen (die immer eine gewisse
Verlustleistung, also Verlustwärme
produzieren) ermöglicht.
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Die
Erfindung ermöglicht
dabei nicht nur die oben genannten Vorteile, sondern verringert
auch für die
gesamte Energieversorgung, die z. B. eine apparative Einheit sein
kann, die Fehlerwahrscheinlichkeit und erhöht damit für die gesamte elektrische Energieversorgung
deren Qualitätsniveau
stark; dies erreicht die Erfindung insbesondere dadurch, dass die genaue
bzw. präzise
Positionierung und/oder Ausrichtung mit einfachsten Mitteln erreicht
wird und indem die Kühlvorrichtung
mitsamt der elektrischen Leistungsbausteine für eine präzise Positionierung bzw. Montage
in oder an die elektrische Energieversorgung vorgesehen ist. Dabei
kommt die erfindungsgemäße Positionierungs-
und Ausrichtungspräzision
dadurch zum Tragen, dass auch die Leistungsbausteine mit der Kühlvorrichtung
an der elektrischen Energieversorgung präzise positioniert und/oder
ausgerichtet montiert sind; so ist beispielsweise eine genaue und
praktisch mit geringen Fehlern bzw. völlig ausschussfreie Montage
von elektrischen Kontaktierungen der Leistungsbausteine in ihrer
Montagelage – die
mit der Erfindung hergestellt wurde – ermöglicht. Insoweit strahlen die
Vorteile der Erfindung auf die gesamte, elektrische Energieversorgung
aus.
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Beispielsweise
kann eine Kühlvorrichtung mit
auf ihrer Aufnahmeflächen-Ebene
(die z. B. bei der Montage nach vertikal oben ausgerichtet sein kann)
mit Hilfe der Erfindung präzise
positioniert und dann – insbesondere
nach der Fixierung der Leistungsbausteine im Sinne der Erfindung – umgedreht, so
dass die Aufnahmeflächen-Ebene
nach vertikal unten zeigt – an
oder in die elektrische Energieversorgung angefügt und/oder montiert werden.
Dabei kommt es auf die feste Fixierung und die präzise Ausrichtung/Positionierung
der Leistungsbausteine an der Kühlvorrichtung
gleichzeitig an. Beide Vorteile werden durch die Erfindung ohne
weiteres erreicht. Dadurch wird eine ausschusslose Über-Kopf-Montage
einer Kühlvorrichtung
(d. h. z. B. mit den Leistungsbausteinen nach vertikal unten gerichtet)
an einer elektrischen Energieversorgung erreicht.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen näher erläutert. Die
Aufteilung der Unteransprüche
und deren Rückbezug
zu unabhängigen
Ansprüchen
bzw. untereinander schränkt
den Offenbarungsgehalt der Erfindung in keiner Weise ein. Rückbezüge sind
im Sinne einer möglichst
einfachen Darstellung angegeben und schränken ebenfalls Kombinationsmöglichkeiten aller
Merkmale aller Ansprüche
und aller Unteransprüche
untereinander nicht ein.
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Das
Positionierungsmittel und/oder das Ausrichtungsmittel kann separat
bezüglich
der Kühlvorrichtung
ausgebildet sein und/oder ein Leistungsbaustein kann mit einem Ausrichtungsmittel
und/oder einem Positionierungsmittel lediglich temporär bei der Montage
zu fixieren und das Positionierungsmittel und/oder das Ausrichtungsmittel
nach der Montage wieder zu entfernen sein. Die separate Ausbildung ermöglicht,
ein entsprechendes Mittel mehrfach bei einer Fertigung zu verwenden
Dadurch muss für
eine gesamte Fertigung von einer Vielzahl bis hin zu Tausenden von
Kühlvorrichtungen,
lediglich ein solches Mittel vorhanden sein. Dabei wäre lediglich
noch ein möglicher
Verschleiß zu
beachten. Der erfindungsgemäße Wirkungshebel
ist damit sehr hoch.
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Zusätzlich wird
eine Montage dadurch vereinfacht, dass ein solches Mittel nicht
noch zusätzlich an
der Kühlvorrichtung
angeordnet und/oder starr oder gar unlösbar fixiert sein muss. Außerdem wird dadurch
die Komplexität
und der Aufwand und die Kosten einer Kühlvorrichtung minimiert, da
an der Kühlvorrichtung
keine permanenten Ausrichtungs- und/oder
Positionierungsmittel vorgesehen sein müssen. Damit würde z. B.
ein Leistungsbaustein lediglich temporär zu Zwecken der Montage fixiert
bzw. ausgerichtet bzw. positioniert sein. Die erfindungsgemäßen Vorteile
werden dadurch bereits erreicht, wenn das entsprechende Mittel nach
der Montage wieder zu entfernen ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
wird vorgeschlagen, dass als Positionierungsmittel und/oder Ausrichtungsmittel
ein Werkzeug zur Positionierung und/oder Ausrichtung der Kühlvorrichtung
bei der automatischen und/oder manuellen Bestückung mit zumindest einem Leistungsbaustein
und/oder zumindest ein bezüglich
der Kühlvorrichtung,
insbesondere durch Einstecken in eine Bohrung oder ein Gewinde- oder
sonstiges Loch der Kühlvorrichtung,
vorbestimmt angeordneter Dorn vorgesehen sind/ist. Ein solcher (Montage-)Dorn
kann sehr einfach und sehr kostengünstig ausgebildet sein und
als Montagehilfe, z. B. im Sinne einer Markierung, eines Anschlags oder
zusätzlich
zu einem oder mehreren Positionierungsmitteln und/oder Ausrichtungsmitteln
vorgesehen sein.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Positionierungsmittel und/oder
Ausrichtungsmittel zumindest eine an der Kühlvorrichtung anzuordnende
Schablone mit zumindest einer Ausnehmung für die positionierende und/oder
ausrichtende Aufnahme eines Leistungsbausteins vorgesehen sind/ist.
Dadurch wird eine automatisierte, präzise bzw. eine manuelle, reflexartig einfache
und damit extrem wenig fehleranfällige
bis völlig
ausschussfreie Montage von Leistungsbausteinen an einer Kühlvorrichtung
erreicht. Die Erfindung hat erkannt, dass eine Ausnehmung, die in
die Kühlvorrichtung
eingebracht ist, nach dem Stand der Technik eine besonders genaue,
präzise,
reflexartig einfache und sehr fehlerarme bis völlig ausschussfreie Positionierung
ermöglicht
und hat diesen Gedanken in eine erfindungsgemäße Schablone entwickelt, die
unabhängig
von der Kühlvorrichtung
für eine
Vielzahl von Montagevorgängen
bei einer Massenproduktion einsetzbar ist. Eine solche Ausnehmung
muss damit nicht in jede Kühlvorrichtung
einzeln mit einem extrem hohen Fertigungsaufwand eingebracht sein,
sondern muss lediglich einmal in eine entsprechend anzuordnende
Schablone eingebracht werden und kann dann für eine Vielzahl, für mehrere Tausend
bis Millionen Produktionszyklen oder auch praktisch ohne jede Mengen-
und Zeitbeschränkung dauerhaft
verwendet werden. Der erzielbare Einsparungshebel ist mit der Erfindung
damit sehr hoch.
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Eine
besonders fehlerarme bis praktisch völlig ausschussfreie, automatisch
mit geringem Aufwand und/oder manuell reflexartig einfach bis einfach durchzuführende Montage
bzw. Kühlvorrichtung
wird dadurch erreicht, dass eine Ausnehmung einseitig derart offen
und ihre Öffnung
und/oder ihr Grundriss mit einem Leistungsbaustein derart geometrisch
korrespondierend ausgebildet ist, dass die Schablone bei fixiertem
oder vorfixiertem Leistungsbaustein seitlich abziehbar ist. Dabei
wird z. B. davon ausgegangen, dass die Schablone praktisch flach
und im wesentlichen flächenmäßig ausgedehnt
ausgebildet ist. Die entsprechend für einen Leistungsbaustein eingebrachte
Ausnehmung (dies können,
wie oben bereits ausgeführt, auch
mehrere Ausnehmungen für einen
und/oder mehrere Leistungsbausteine sein) dabei in eine bestimmte
Richtung und mit einer gewissen Kontur offen ausgebildet.
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Alternativ
und/oder zusätzlich
ist die Öffnung der
Ausnehmung und/oder der Grundriss der Ausnehmung mit einem Leistungsbaustein
derart geometrisch korrespondierend ausgebildet, dass die Schablone
seitlich abziehbar ist, wobei der Leistungsbaustein – fixiert
oder vorfixiert – in
seiner Montagelage verbleibt. Dadurch wird auch vermieden, dass
eine Schablone verkantet oder an dem Leistungsbaustein verhakt;
dies wäre
möglicherweise dann
ein größeres Risiko,
wenn die Schablone nach oben über
Kopf abziehbar wäre.
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Die
Erfindung hat sich neben der einfachen Montage auch ein erhöhtes Qualitätsniveau
und damit ein geringeres Maß an
Ausschuss zum Ziel gesetzt. Dies wird dadurch erreicht, dass beim
seitlichen Abziehen – dies
hat die Erfindung erkannt – meist
aufgrund der Ausgestaltung von Leistungsbausteinen ein gleichförmiges,
homogenes Abziehen ohne größere Verkantungen
oder Verhakungsrisiken gewährleistet
ist. Dadurch können
die Positionierungsmittel und/oder Ausrichtungsmittel hinsichtlich der
gegenseitigen Passungen mit den Leistungsbausteinen wesentlich enger,
also fast bis in den Bereich der leichten Übergangspassung mit den korrespondierenden
Seiten der Leistungsbausteine ausgebildet sein. Trotz dieser relativ
genauen Zwangspassung wird trotzdem ein ruckelfreies und/oder ruckfreies
Abziehen im wesentlichen ohne Kraftspitzen ermöglicht, so dass nach der Montage
die Leistungsbausteine präzise
positioniert und ohne Ausschuss auf der Kühlvorrichtung sitzen. Dabei
deutet seitliches Abziehen im wesentlichen, dass die Abziehrichtung
praktisch parallel zu einer Aufnahmeflächen-Ebenenrichtung und/oder
praktisch parallel zu einer Richtung in einer Ebene der flächigen Schablone
ausgerichtet ist. Dies führt
auch zu insgesamt sehr günstigen
Kraftverhältnissen
und Scherverhältnissen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Haltemittel
vorgesehen, welches einen Leistungsbaustein in seiner fixierten
Lage bzw. seiner Montagelage in der Ausnehmung insbesondere praktisch
spielfrei oder bzw. spielarm oder mit geringem Spiel bzgl. einer
oder mehrerer Richtungen der Aufnahmeflächen-Ebene haltert. Dies kann
ein z. B. mechanisches Haltemittel sein, z. B. ein Federblech, eine
Feder, ein Rastmittel, z. B. eine Raststufe oder eine Rastnase der
Schablone. Dadurch wird eine besonders genaue bzw. präzise Montage
der Leistungsbausteine erreicht.
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Eine
Kühlvorrichtung
der eingangs genannten Art kann dadurch mit einem größeren Bereich
für die
mögliche
Anordnung von Leistungsbausteinen ausgebildet sein und es ist eine
größere Anzahl
von Leistungsbausteinen dort anordenbar und insgesamt eine größere Positionierungsflexibilität – auch hinsichtlich
der Anordnung, insbesondere einer symmetrischen oder teilsymmetrischen
Anordnung von Leistungsbausteinen in Bezug auf die Verschaltung
der elektrischen Energieversorgung – gewährleistet, wenn zumindest zwei
Leistungsbausteine vorgesehen sind und die Schablone zweiteilig
ausgebildet ist, wobei jeder Teil zumindest eine Ausnehmung für einen
Leistungsbaustein aufweist und vorzugsweise die Teile bei montierten
oder in Ihrer Montagelage sitzenden Leistungsbausteinen im wesentlichen
in entgegengesetzter Richtung zueinander seitlich abziehbar sind.
Dabei sind mindestens zwei Leistungsbausteine vorgesehen und die
Schablone ist entsprechend zweiteilig ausgebildet. Dabei kann ein
Teil der Schablone einen Leistungsbaustein und der andere Teil der
Schablone einen anderen Leistungsbaustein – oder jeweils mehrere Leistungsbausteine – einer entsprechenden
Ausnehmung aufnehmen. Jeder Teil der Schablone (diese kann auch
drei- oder mehrteilig ausgebildet sein) weist eine Ausnehmung für einen Leistungsbaustein
auf. Insbesondere bei seitlichem Abziehen können dadurch auch gegenüber in einer Flucht
oder in sich überdeckender
Flucht liegende Leistungsbausteine angeordnet sein; wenn nämlich die
Leistungsbausteine in einer Flucht oder in sich überdeckender Flucht liegen,
können
sie in Ausnehmungen von unterschiedlichen Schablonenteilen sitzen,
so dass sie auch präzise
positioniert und/oder ausgerichtet werden können und trotzdem die Schablonenteile
jeweils seitlich abgezogen werden können. Dazu können die
Schablonenteile im wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zueinander
seitlich abziehbar sein.
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Eine
Schablone kann für
verschiedene Arten von Kühlvorrichtungen
vorgesehen sein. Es kann aber auch eine Schablone für gemeinsame
Merkmale von verschiedenen Kühlvorrichtungen
oder für
lediglich eine Art von Kühlvorrichtungen
vorgesehen sein. Es ist erfindungsgemäß von Vorteil, wenn mechanische
Strukturelemente der Schablone vorgesehen sind, die bezüglich der
Anordnung an der Kühlvorrichtung
mit dieser eine gegenseitige Führung und/oder
einen Anschlag und/oder eine Rast bieten. Dies erleichtert die Montage
und führt
damit zu einer geringeren Fehleranfälligkeit und/oder führt zu einer genaueren
und einfacher einnehmbaren Montagelage und/oder zu einer besser
definierten, mechanischen Montageposition der Schablone oder von Schablonenteilen
und damit zu einer genaueren Montage der Leistungsbausteine.
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Die
oben genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren nach Anspruch
9 gelöst.
Das Verfahren nach Anspruch 9 hat die oben genannten Vorteile. Es ist
mit den oben genannten Merkmalen der Vorrichtung – als entsprechendes
Verfahrensmerkmal umformuliert – ausführbar.
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Ebenfalls
werden die eingangs genannten Aufgaben durch eine Schablone nach
Anspruch 10 gelöst.
Die Schablone weist insgesamt die Merkmale der Ansprüche 1 bis
8 auf und wird nach einem Verfahren nach Anspruch 9 zur Montage
von Leistungsbausteinen einer Kühlvorrichtung
verwendet. Desgleichen werden die eingangs genannten Aufgaben durch
eine Verwendung einer Schablone nach Anspruch 12 gelöst.
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Schließlich hat
eine elektrische Energieversorgung die eingangs genannten Vorteile
und löst
die eingangs genannten Aufgaben, wenn diese nach Anspruch 13 ausgebildet
ist.
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Die
Erfindung wird anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Draufsicht auf ein Antriebsregelgerät (dies
kann eine Energieversorgung mit Stromrichter sein oder auch ein
Antriebsregler mit einer solchen integrierten Energieversorgung)
mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
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2 eine
Seitenansicht der 1 auf vorgesehene Lüfter,
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3 eine
Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel
der 1 von oben,
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4 einen
Schnitt durch das Ausführungsbeispiel
der 1 entlang eines Kühlrippenkanals, der durch die
erfindungsgemäße Kühlvorrichtung
gebildet ist,
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Kühlkörpers der
erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
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6 eine
Draufsicht von oben auf eine Aufnahmefläche des Kühlkörpers der 5,
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7 einen
Querschnitt quer zu der Längsrichtung
der Kühlrippen
durch den Kühlkörper der 5,
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8 eine
perspektivische Ansicht einer Konfiguration einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
bei der auf den Kühlkörper Leistungsbausteine angeordnet
und Positionierungsmittel vorhanden sind, in denen die Kühlkörper zu
Montagezwecken sitzen,
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9 eine
Seitenansicht durch das Ausführungsbeispiel
der 8,
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10 eine
Draufsicht von oben auf das Ausführungsbeispiel
der 8,
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11 eine
Draufsicht auf eine Teilschablone gemäß der vorliegenden Erfindung,
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12 eine
Seitenansicht des Ausführungsbeispiels
der 11,
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13 eine
Teilansicht als seitliche Draufsicht des Ausführungsbeispiels der 11,
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14 auf
die korrespondierende Teilschablone der 11 (dies
ist die in 10 obere Teilschablone, während die 11 die
in 10 unten dargestellte Teilschablone zeigt),
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15 eine
Seitenansicht auf das Ausführungsbeispiel
der 14,
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16 eine
Teilansicht in Seitenansicht auf das Ausführungsbeispiel der 14,
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17 eine
Abwicklung des Blechteils von oben auf das Ausführungsbeispiel der 14,
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18 eine
perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels
der 17 bzw. 14,
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19 eine
perspektivische Ansicht der Teilschablone aus 11,
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20 eine
Seitenansicht des Ausführungsbeispiels
der 11 bzw. 10 unten.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung lediglich
beispielhaft erläutert.
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Die
nachfolgende Beschreibung erfolgt zunächst unter gleichzeitiger Bezugnahme
auf die 1, 2, 3 und 4.
Die 1 zeigt eine Kühlvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in einer elektrischen Energieversorgung 2 (hier
entweder lediglich elektrische Energieversorgung 2 oder
in eine solche Energieversorgung 2 integrierte Regeleinheit).
Die elektrische Energieversorgung 2 hat einen Stromrichter
für zumindest
einen (hier nicht gezeigten) Elektromotor, z. B. einen Synchronmotor,
einen Asynchronmotor oder einen Reluktanzmotor. Die gezeigte elektrische
Energieversorgung 2 hat die elektrischen Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9.
Dabei handelt es sich z. B. um IGBT's 5, 6, 7, 9 für einen
Gleichspannungs-Zwischenkreis eines Stromrichters, der beispielsweise
mit Pulsweiten-Modulation
betrieben ist. Bei dem Leistungsbaustein 8 kann es sich
um einen IGBT oder auch um eine Hochleistungs-Diode für den Gleichspannungs-Zwischenkreis
bzw. für
einen Gleichrichter für
den Gleichspannungs-Zwischenkreis handeln. Insgesamt sind somit
vier IGBT's vorgesehen,
z. B. für
vier Ausgänge,
insbesondere vier regelbare Achsen. Zusätzlich ist eine Hochleistungsdiode 8 vorgesehen, diese
Hochleistungsdiode 8 kann aber auch z. B. ein IGBT für eine fünfte Achse
sein. Die Erfindung ist nicht auf vier Achsen und eine Hochleistungsdiode eingeschränkt; das
Ausführungsbeispiel
ist lediglich beispielhaft gezeigt, z. B. kann auch vorgesehen sein,
dass die Energieversorgung zwei mit Stromrichter/Stromregler für 2, 3, 5, 6 oder
mehr Achsen, also frequenzgeregelte Ausgänge, insbesondere mittels Pulsweitenmodulation
geregelte Ausgänge,
hat.
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Die
Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 sind
jeweils mit einer Verschraubung 10 auf einer Aufnahmefläche 3 aufgeschraubt.
In 1 (und in den Figuren insgesamt) ist nicht gezeigt,
dass die elektrische Energieversorgung 2 – z. B.
ausgebildet als bauliche Einheit oder als ein Gerät – jeweils
mit einer Abdeckung oder einem Gehäusedeckel versehen sein kann.
Dieser Gehäusedeckel
kann z. B. die in 1 gezeigte elektrische Energieversorgung
von der dort dem Betrachter zugewandten Seiten her abdecken, so
dass insgesamt ein kompaktes, baulich einheitliches Gerät entsteht.
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Gezeigt
ist in 1, dass die Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 vor
Kopf auf Kontakten, die auf der Zwischenplatte 33 angebracht
sind, sitzen. Der Sitz der Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 muss
entsprechend räumlich
präzise
ausgerichtet sein, und zwar sowohl hinsichtlich der Zwischenplatte 33 als
auch insbesondere hinsichtlich der Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9.
Da die Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 auf der
Aufnahmefläche 3 mittels
der Verschraubung 10 verschraubt sind und dort fest sitzen,
kommt es darauf an, dass sie einerseits an die Kühlvorrichtung 1 ausreichend
Wärme abgeben,
und andererseits präzise
positioniert sind (und zwar sowohl innerhalb der Aufnahmefläche oder
Aufnahmeebene 3 als auch senkrecht dazu).
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Im
Sinne der genauen Positionierung, eines guten Wärmeübertrags und vor allem auch
einer einfachen, kostengünstigen
und flexiblen Fertigung kommt es daher auch auf die Montage und
die Positionierung und/oder Ausrichtung der Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 während der
Montage an.
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Der
Einfachheit halber werden die anderen, vorhandenen elektrischen
und mechanischen Komponenten, wie z. B. Stecker, Buchsen, weitere
elektrische Bauteile, die auf der Aufnahmefläche 3 und/oder an
oder auf der Zwischenplatte 33 angeordnet sind, zunächst vernachlässigt.
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Im
Schnitt der 4 ist zu sehen, dass die Leistungsbausteine 7, 8, 9 (und
auch die Leistungsbausteine 5, 6) praktisch zwischen
der Aufnahmefläche 3 der
Kühlvorrichtung 1 und
der Unterseite der Zwischenplatte 33 eingepasst und befestigt
sind. Die elektrische Kontaktierung der Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 erfolgt
vorzugsweise über
Kontakte an oder auf der Zwischenplatte 33 und somit praktisch
vor Kopf der Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9.
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In 5 ist
zusätzlich
zu sehen, dass Schraublöcher 25 zur
Befestigung von Bauteilen, insbesondere elektrischen Bauteilen,
weiter insbesondere von elektrischen Leistungsbausteinen 5, 6, 7, 8, 9 vorgesehen
sind. Die perspektivische Ansicht der 5 zeigt
des weiteren, dass die Kühlvorrichtung im
wesentlichen einen Kühlkörper 32 aufweist,
der aus einer z. B. aus Metall bestehenden Platte besteht, die an
ihrer – bezogen
auf 5 – Unterseite Kühlrippen 23 zur
Abführung
der von den Leistungsbausteinen 5, 6, 7, 8, 9 aufgenommenen
Wärme dienen.
Die 6 und 7 zeigen noch spezielle Ansichten
der Kühlvorrichtung 1 bzw.
des Kühlkörpers 32.
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In 8 ist
zu sehen, dass die elektrischen Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 an
der Kühlvorrichtung 1,
und zwar an ihrer Aufnahmefläche 3 wärmeleitend
an geometrisch vorbestimmten Stellen in geometrisch vorbestimmter
Ausrichtung – vor
allem zur Montage und/oder Fertigung – zu fixieren sind. Dazu ist
ein Positionierungsmittel 4 in Form einer Schablone vorhanden,
die als Ausrichtungsmittel und/oder Positionierungsmittel wirkt.
Alle elektrischen Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 sind
mit dem Positionierungsmittel 4 positioniert und ausgerichtet.
Sie sitzen niveaugleich mit der Aufnahmeflächen-Ebene 3 auf dieser
aufliegend an der Kühlvorrichtung 1.
Sie sind dort mittels Verschraubung 10 und insbesondere auch
mit Wärmeleitpaste,
der hier nicht dargestellt ist, wärmeleitend fixiert. Gezeigt
ist in der 8 die Montagekonfiguration einer
erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
Die Kühlvorrichtung 1 ist
mit fünf Leistungsbausteinen
bestückt.
Die Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 sind
z. B. IGBT's (internal
gate bipolar transistor). Der Leistungsbaustein 8 ist z.
B. eine Halbleiter-Leistungsdiode. Die Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 sind
hier in ihrer endgültigen
Montagelage gezeigt. Um die Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 auszurichten
und/oder zu positionieren, besteht das Positionierungsmittel 4 aus
zwei Teilschablonen 15, 16. Die Teilschablonen
sind etwa gleich groß und
sind geometrisch korrespondierend einerseits zu der Aufnahmefläche 3 der
Kühlvorrichtung 1 ausgebildet und
andererseits korrespondierend ausgebildet zu dem Montagesitz, d.
h. der Fertigungs-Endlage der zu positionierenden Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9. Dazu
sind mit der Geometrie und hier insbesondere mit dem maßgeblichen
Grundriss des jeweiligen Leistungsbausteins 5, 6, 7, 8, 9 korrespondierende Ausnehmungen 5 bis 9' vorhanden.
Zwei Ausnehmungen 5', 6' sind in der
Teilschablone 15 gezeigt, und drei Ausnehmungen 7', 8', 9' in der Teilschablone 16.
Die Ausnehmungen sind derart einseitig offen, dass jede Teilschablone 15, 16 bei
fixiertem oder vorfixiertem, insbesondere in seinem Montagesitz
sitzendem Leistungsbaustein 5, 6, 7, 8, 9 seitlich
abziehbar ist. Dazu ist die Teilschablone 15 in der Abziehrichtung 17 abziehbar
und die Teilschablone 16 in der dazu entgegengesetzten
Abziehrichtung 18.
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Die
Montagekonfiguration ist dabei derart vorgesehen, dass die beiden
Teilschablonen 15, 16 entlang einer geraden Trennfuge 28 aneinander grenzen.
Zusätzlich
sind entsprechende geometrische Strukturmerkmale, z. B. Ausnehmungen 26' für geometrische
Strukturelemente, z. B. einen Schraubstift 26, vorgesehen.
Insgesamt korrespondiert damit jede der Teilschablonen 15, 16 mit
der Montagelage der Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 und
mit geometrischen Strukturelementen (ggf.) der Aufnahmefläche 3.
Die Teilschablone kann bei Erhalt der Montagelage die Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 und
andere Strukturelemente – wie
oben genannt – nicht
beeinträchtigen
und ohne dass diese im Weg stehen, angesetzt, aufgeschoben oder
aufgesetzt und nach der Montage und/oder Fixierung der Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 und/oder
anderer, elektrischer Bauteile seitlich abgezogen werden.
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Des
weiteren ist der 8 zu entnehmen, dass das Positionierungsmittel 4,
zusammengesetzt aus den beiden Teilschablonen 15, 16,
separat bzgl. der Kühlvorrichtung 1 ausgebildet
ist und dass die Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 damit
lediglich temporär
bei einer Montage zu fixieren und dass die Positionierungsmittel 4,
nämlich
die beiden Teilschablonen 15, 16 nach der Montage
wieder zu entfernen, nämlich
seitlich in Richtung 17, 18 abzuziehen sind. Die
Richtungen 17, 18, d. h. die Abziehrichtungen
liegen praktisch in der Aufnahmeflächen-Ebene, die im wesentlichen
gerade ist und durch die beiden Richtungen 13, 14 aufgespannt
wird.
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In 9 ist
zu sehen, dass Sicken 20 vorgesehen sind, die mit der Seitenkante
der Kühlvorrichtung 1 eine,
vorzugsweise gegenseitige, Führung
bilden, so dass die Teilschablonen 15, 16 beim
Aufschieben, Aufsetzen und/oder beim örtlichen Abziehen seitlich
geführt,
insbesondere zwangsgeführt sind.
Dazu sind insbesondere auf beiden gegenüberliegenden Längsseiten,
das sind die Seiten, die parallel zur Abziehrichtung verlaufen,
jeweils Führungselemente,
insbesondere Führungssicken 20,
vorhanden. Ebenfalls exemplarisch gezeigt ist eine Anschlagsicke 30,
die einen Anschlag in der endgültigen
Montagelage der Teilschablone bietet. Insgesamt sind hier teilweise
gezeigte, teilweise nicht gezeigte Führungs- und Anschlagmittel
vorhanden, die dafür
sorgen, dass die Schablone präzise
reproduzierbar sowie einfach handhabbar aufschiebbar oder aufsetzbar
auf die Kühlvorrichtung 1 ist
(und zwar jede Teilschablone 15, 16) und/oder
die dafür
sorgen, dass die Schablonen 15, 16 einen definierten
Sitz haben und/oder dafür
sorgen das die Teilschablonen 15, 16 entsprechend
abziehbar sind.
-
10 zeigt
eine Ansicht von oben. Dabei ist die Konfiguration bzw. sind die
geometrisch korrespondierenden Verhältnisse besonders gut zu erkennen.
In 8 ist noch zu sehen, dass Grifflöcher 27 vorgesehen
sind, die das einfache, seitliche Abziehen der Schablone ermöglichen
sollen.
-
In
der 8, 9 und 10 ist
zu erkennen, dass die Anschlagsicken 30 lediglich einen
Anschlag entgegen der Abziehrichtung 18 an die Kante der
Kühlvorrichtung 1 bieten.
Solche Anschlagsicken 30 sind hier lediglich an einer der
Teilschablonen 16 vorgesehen. Sie können auch an beiden Teilschablonen,
also auch an der Teilschablone 15 entsprechend vorgesehen
sein. Es reicht aber für
eine Positionierung aus, lediglich an einer Teilschablone solche
Anschlagsicken 30 vorzusehen, da die Positionierung auch
der anderen Teilschablone 15 durch z. B. den Anschlag der
Teilschablone 15 an die Teilschablone 16, dort
wo die Trennfuge 28 entsteht, geometrisch praktisch festgelegt
ist.
-
Die
nachfolgende Beschreibung erfolgt unter gleichzeitiger Bezugnahme
auf alle Figuren.
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In 11 ist
noch in Draufsicht die Teilschablone 15 zu sehen. Dort
ist auch die Ausnehmung 29 für geometrische Strukturelemente
beispielhaft gezeigt. 14 zeigt die Teilschablone 16 in
Draufsicht von oben. Auch dabei sind wieder besonders deutlich die
geometrischen Strukturelemente 20, 30 zu sehen,
die einen Sitz, oder eine gegenseitige Führung und/oder einen Anschlag
oder eine Rast bieten für die
Teilschablone 16. Entsprechende Mittel sind auch in der
Teilschablone 15 entsprechend vorgesehen.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann – z.
B. gezeigt in 5 – auch ein Dorn 11 vorgesehen
sein, der ebenfalls als Positionierungsmittel und/oder Ausrichtungsmittel
bzgl. der Erfindung dient. Zusätzlich
sind noch Haltemittel 12, nämlich Federlaschen gezeigt, die
einen federnden Passsitz der korrespondierenden Leistungsbausteine
ermöglichen.
Solche Haltemittel 12 sind für jeden der Leistungsbausteine 5, 6, 7, 8, 9 an
jeder der Herausnehmungen 5' bis 9' vorgesehen.
Sie bestehen aus einer angenieteten Lasche, die in Richtung der Öffnung der
jeweiligen Ausnehmung 5' bis 9 sehen
außenseitig
nach innerhalb der Öffnung
ausgelenkt bzw. gekröpft
und wieder zurückgebogen
sind, so dass sie gerade an der entsprechenden Ecke des jeweiligen
Leistungsbausteins 5, 6, 7, 8, 9 anliegen und
diesen federnd halten und gleichzeitig eine Rast bieten, so dass
die Leistungsbausteine in der Montagelage bzw. dass die Positionierungsmittel 4, 15, 16 in
der Montage-Endlage eine Verrastung bieten.
-
Schließlich ist
in 1 noch zu sehen, dass Lüfter 21 mit den seitlich
entsprechend vorgesehenen Lüftungsgittern 22 vorgesehen
sind, die einen Lüftungsstrom
bilden, der u. a. auch die Kühlrippen 23 (gezeigt
in 4) mit einem Kühlluft-Peilstrom 24 überstreicht.
Auch der Zwischenraum (siehe 4) zwischen
der Aufnahmefläche 3 und
der Zwischenplatte 33 wird u. a. durch den Luftstrom der
Lüfter 21 beschickt.
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- 1
- Kühlvorrichtung
- 2
- elektrische
Energieversorgung
- 3
- Aufnahmefläche
- 4
- Positionierungsmittel/Ausrichtungsmittel/Schablone
- 5
- Leistungsbaustein
- 5'
- Ausnehmung
- 6
- Leistungsbaustein
- 6'
- Ausnehmung
- 7
- Leistungsbaustein
- 7'
- Ausnehmung
- 8
- Leistungsbaustein
- 8'
- Ausnehmung
- 9
- Leistungsbaustein
- 9'
- Ausnehmung
- 10
- Verschraubung
- 11
- Dorn
- 12
- Haltemittel
- 13
- Richtung
der Aufnahmeflächen-Ebene
- 14
- Richtung
der Aufnahmeflächen-Ebene
- 15
- Teilschablone
- 16
- Teilschablone
- 17
- Abziehrichtung
- 18
- entgegengesetzte
Abziehrichtung
- 19
- Lasche
- 20
- Sicke
- 21
- Lüfter
- 22
- Lüftungsgitter
- 23
- Kühlrippen
- 24
- Kühlluft-Teilstrom
- 25
- Schraublöcher
- 26
- Schraubstift
- 27
- Griffloch
- 28
- Trennfuge
- 29
- Ausnehmung
- 30
- Anschlagsicke
- 31
- Steg
- 32
- Kühlkörper
- 33
- Zwischenplatte