DE102009012042B4 - Device for cooling electrical or electronic components - Google Patents

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Abstract

Kühlanordnung für elektrische Bauteile (9) mit
– einer Trägerplatte (1), an der die zu kühlenden elektrischen Bauteile (9) befestigt sind, wobei die Trägerplatte (1) einen innenliegenden, von einem Kühlmedium durchflossenen Hohlraum (4) aufweist;
– mindestens einem Kühlkörper (6), der zwischen dem zu kühlenden elektrischen Bauteil (9) und einer Kontaktfläche (13) der Trägerplatte (1) angeordnet ist, wobei
– die Trägerplatte (1) eine Aussparung (5) im Bereich jedes Kühlkörpers (6) aufweist, die sich von dem Hohlraum (4) bis zu der Oberfläche der Trägerplatte (1) erstreckt, und
– die Aussparung (5) an der Kontaktfläche (13) der Trägerplatte (1) durch den Kühlkörper (6) voltständig verschlossen ist, so dass das zu kühlende elektrische Bauteil (9) mittels des Kühlkörpers (6) mit dem Kühlmedium wärmeleitend verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der mindestens eine Kühlkörper (6) eine Kühlstruktur (7) mit einer ovalen Grundform aufweist, die von der Kontaktfläche (13) in Richtung...Cooling arrangement for electrical components (9) with
- A support plate (1) to which the electrical components to be cooled (9) are fixed, wherein the support plate (1) has an internal cavity (4) through which a cooling medium flows;
- At least one heat sink (6) which is disposed between the electrical component to be cooled (9) and a contact surface (13) of the support plate (1), wherein
- The support plate (1) has a recess (5) in the region of each heat sink (6) extending from the cavity (4) to the surface of the support plate (1), and
- The recess (5) at the contact surface (13) of the support plate (1) is completely sealed by the heat sink (6), so that the electrical component to be cooled (9) by means of the heat sink (6) is thermally conductively connected to the cooling medium,
characterized in that
- The at least one heat sink (6) has a cooling structure (7) with an oval basic shape, of the contact surface (13) in the direction of ...

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für elektrische Bauteile mit einer Trägerplatte, an der die zu kühlenden elektrischen Bauteile befestigt sind, wobei die Trägerplatte einen von Kühlmedium durchflossenen Hohlraum aufweist, und einem Kühlkörper, der zwischen dem zu kühlenden elektrischen Bauteil und der Trägerplatte angeordnet ist.The The invention relates to a cooling arrangement for electrical Components with a carrier plate, at the one to be cooled electrical components are attached, wherein the carrier plate one of cooling medium having a through-flow cavity, and a heat sink which is to be cooled between the electrical component and the carrier plate is arranged.

Sie findet vorzugsweise Anwendung auf dem Gebiet der Leistungselektronik mit hoher Wärmeentwicklung, insbesondere bei wechselnden Ansprüchen an die zu erbringende Kühlleistung von weitgehend standardisierten Bauteilen.she preferably used in the field of power electronics with high heat development, Especially with changing demands on the to be performed cooling capacity of largely standardized components.

Die Verwendung immer leistungsfähigerer elektrischer oder elektronischer Bauteile stellt hohe Anforderungen an die Kühlung dieser Bauteile. Die Kühlung sollen effektiv und zuverlässig die punktuell freigesetzte Abwärme abführen und dabei selbst geringe Kosten verursachen. Flüssigkeitsgekühlte Anordnungen haben gegenüber luftgekühlten Anordnungen den Vorteil einer größeren Wärmekapazität. Zudem sind keine Lüfteranordnungen am Bauteil oder in seiner unmittelbaren Umgebung notwendig.The Using increasingly powerful electric or electronic components makes high demands on the cooling of these Components. The cooling should be effective and reliable the selectively released waste heat lead away and thereby cause low costs. Liquid-cooled arrangements have opposite air-cooled Arrangements the advantage of a larger heat capacity. moreover are not fan assemblies necessary on the component or in its immediate vicinity.

Werden technische Anlagen mit elektrischen oder elektronischen Bauteilen für einen definierten Einsatzzweck konstruiert und unter vorher bekannten Bedingungen betrieben, kann deren Kühlvorrichtung entsprechend den erwarteten benötigten Kühlleistungen konzipiert werden. Um solche Kühlvorrichtungen kostengünstig, variabel und trotzdem leistungsfähig gestalten zu können, werden bevorzugt standardisierte Bauteile verwendet, die nach Bedarf zusammengestellt werden können.Become technical installations with electrical or electronic components for one defined purpose and under previously known conditions operated, the cooling device can accordingly the expected needed cooling capacity be conceived. To such cooling devices cost, variable and still be powerful to be able to are preferably used standardized components, as needed can be put together.

Standardisierte Bauteile sind aber nur dann vorteilhaft einsetzbar, wenn eine Anpassungen der Kühlleistung an veränderte Betriebsbedingungen möglich ist, z. B. bei veränderten Umgebungstemperaturen, durch Hinzufügen von weiteren Bauteilen oder durch Einsatz von elektrischen oder elektronischen Bauteilen mit höherer Leistung.standardized However, components can only be used advantageously if an adjustment the cooling capacity to changed Operating conditions possible is, for. B. changed Ambient temperatures, by adding other components or by using electrical or electronic components with higher Power.

Zur Kühlung elektrischer oder elektronischer Bauteile sind fluidgekühlte Vorrichtungen z. B. aus den Schriften DE 20 2006 011 487 U1 und DE 203 04 197 U1 bekannt. Dort werden die zu kühlenden Bauteile auf einem Trägerelement befestigt und in Kontakt mit einem wärmeleitenden Block gebracht. Dieser steht wiederum mit Kühlrohren ( DE 20 2006 011 487 U1 ) oder einem flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper ( DE 203 04 197 U1 ) in wärmeleitender Verbindung. Auch aus der DE 10 2007 015 859 A1 ist die Kühlung eines plattenförmigen Kühlkörpers mittels innenliegender flüssigkeitsdurchflossener Hohlräume bekannt, auf dem die zu kühlenden Bauteile befestigt sind.For cooling electrical or electronic components are fluid cooled devices z. B. from the scriptures DE 20 2006 011 487 U1 and DE 203 04 197 U1 known. There, the components to be cooled are mounted on a support member and brought into contact with a thermally conductive block. This is in turn with cooling tubes ( DE 20 2006 011 487 U1 ) or a liquid-cooled heat sink ( DE 203 04 197 U1 ) in thermally conductive connection. Also from the DE 10 2007 015 859 A1 the cooling of a plate-shaped heat sink by means of internal liquid-carrying cavities is known, on which the components to be cooled are attached.

Alle vorgenannten Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass ein einmal hergestellter fluiddurchflossener Kühlkörper nicht an geänderte Kühlanforderungen anpassbar ist.All aforementioned solutions However, they have the disadvantage that a once produced fluiddurchflossener Heat sink not to changed cooling requirements is customizable.

Mit der Schrift WO 2006/097228 A1 ( DE 10 2005 012 501 A1 ) wird eine Kühlvorrichtung offenbart, die sich stapelbarer Kühlelemente bedient. Dadurch kann verschiedenen Erfordernissen der Kühlung von elektronischen Bauteilen mittels standardisierter Stapelscheiben, die jeweils einen Hohlraum zur Kühlmitteldurchströmung einschließen, Rechnung getragen werden. Die Stapelscheiben werden dann an den zu kühlenden elektronischen Bauteilen befestigt, während diese Bauteile auf einem ungekühlten Träger montiert sind.With the writing WO 2006/097228 A1 ( DE 10 2005 012 501 A1 ) discloses a cooling device that uses stackable cooling elements. As a result, various requirements of the cooling of electronic components by means of standardized stacking disks, which each include a cavity for the coolant flow, are taken into account. The stacking disks are then attached to the electronic components to be cooled while these components are mounted on an uncooled support.

In der DE 10 2006 008 033 A1 wird die flüssigkeitsgekühlte Platte von einem Rohr derart durchzogen, dass eine hohe Wärmeaufnahme an denjenigen Stellen erfolgt, an der sich elektronische Bauteile mit hoher Wärmeentwicklung befinden. Der konkrete Verlauf des flüssigkeitsdurchflossenen Rohres innerhalb der Platte kann in Abhängigkeit der gewünschten räumlichen Verteilung und Wärmeabgabe der auf der Platte angeordneten elektronischen Bauteile bereits bei der Herstellung vorgesehen werden. Damit sind in geringem Maße auch nachträgliche Kühlleistungen unterschiedlicher Bauteile an unterschiedlich gekühlten Plattenbereichen positionierbar, wodurch eine geringe Anpassungsmöglichkeit an geänderte Kühlanforderungen erreichbar ist.In the DE 10 2006 008 033 A1 The liquid-cooled plate is traversed by a pipe such that a high heat absorption takes place at the locations where there are electronic components with high heat development. The specific course of the liquid-carrying pipe within the plate can be provided already in the production depending on the desired spatial distribution and heat dissipation of the arranged on the plate electronic components. In this way, subsequent cooling capacities of different components can be positioned to a limited extent on differently cooled plate areas, whereby a small adaptation possibility to changed cooling requirements can be achieved.

Nachteilig bleibt jedoch, dass die Konzipierung einer standardisierten Kühlplatte mit gewünschten Verläufen und Dimensionierungen der inneren flüssigkeitsdurchströmten Kühlkanäle bereits während der Herstellung in relativ engen Grenzen für bestimmte Plattenbereiche vorgewählt werden muss und später nicht mehr veränderbar ist.adversely However, that remains the design of a standardized cooling plate with desired courses and dimensions of the inner liquid flowed through cooling channels already while the production in relatively narrow limits for certain plate areas selected must be and later no longer changeable is.

In der DE 7 207 234 U wird ein rotationssymmetrisch aufgebauter Kühlkörper offenbart, der in Bohrungen eines von einem Kühlmedium durchströmten Gehäuses so eingreift, dass der wärmeleitende Kontakt des Kühlkörpers mit dem Kühlmedium über als scheibenförmige Wärmeaustauschfahnen ausgebildete Kühlstrukturen hergestellt, die parallel zur Strömungsrichtung orientiert sind, hergestellt wird.In the DE 7 207 234 U discloses a rotationally symmetrical heat sink constructed which engages in holes of a through-flow of a cooling medium housing so that the heat-conducting contact of the heat sink with the cooling medium made as disk-shaped heat exchange flags formed cooling structures, which are oriented parallel to the flow direction, is produced.

Gemäß einer in der US 2001/0 014 029 A1 beschriebenen Kühlanordnung werden zu kühlende elektrische Bauteile lösbar auf Kühlplatten befestigt, die über parallel zur Strömungsrichtung orientierte Kühlstrukturen in Rippenform oder als Platte mit einem Kühlmedium in Kontakt treten und mindestens einem Kanal im Inneren der Kühlplatte in Öffnungen eingesetzt sind, die sich von der Oberfläche des Gehäuses bis zum Kanal erstrecken.According to one in the US 2001/0 014 029 A1 described cooling assembly to be cooled electrical components are releasably mounted on cooling plates, which come into contact via parallel to the flow direction cooling structures in rib form or plate with a cooling medium in contact and at least one channel inside the cooling plate are inserted into openings extending from the surface of the housing extend to the canal.

Kühlanordnungen mit lösbar befestigten Kühlkörpern werden ferner in den Schriften US 6 055 154 A , US 2007/0 236 883 A1 und EP 0 603 860 B1 offenbart, wobei die Kühlkörper eine rechteckige Grundform aufweisen und quer zur Strömungsrichtung in ein strömendes Kühlmedium eingebracht werden, um eine möglichst große Verwirbelung des Kühlmediums zu erreichen.Cooling arrangements with detachably mounted heat sinks are further disclosed in the documents US Pat. No. 6,055,154 . US 2007/0 236 883 A1 and EP 0 603 860 B1 discloses, wherein the heat sinks have a rectangular basic shape and are introduced transversely to the flow direction in a flowing cooling medium in order to achieve the greatest possible turbulence of the cooling medium.

Allen vorgenannten Kühlanordnungen des Standes der Technik ist gemeinsam, dass eine Anpassung der Kühlleistung an geänderte elektrische Bauteile oder deren veränderte thermische Belastung nur durch hohen konstruktiven Aufwand oder unter Veränderung der Abmessungen der Kühlanordnung erreicht werden können. Zudem ist für alle offenbarten Kühlstrukturen, die eine rechteckige Grundform quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums aufweisen, um eine große Verwirbelung des Kühlmediums zu erreichen, weiterhin nachteilig, dass Veränderungen der Kühlstrukturen die Kühlmittelpumpleistung negativ beeinflussen.all aforementioned cooling arrangements The prior art has in common that an adjustment of the cooling capacity changed electrical components or their changed thermal load only by high design effort or under change the dimensions of the cooling arrangement can be achieved. In addition, is for all disclosed cooling structures, a rectangular basic shape transverse to the flow direction of the cooling medium have a big one Turbulence of the cooling medium To achieve, further disadvantageous that changes in the cooling structures the coolant pumping capacity influence negatively.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Kühlung von elektrischen oder elektronischen Bauteilen zu finden, die bei einer standardisierten fluiddurchströmten Kühlanordnung mit geringem technischen Aufwand eine Anpassung an sehr unterschiedliche oder geänderte Kühlerfordernisse gestattet.Of the Invention is based on the object, a new way for cooling of electrical or electronic components to be found at a standardized fluid-flow cooling arrangement with low technical Expense an adaptation to very different or changed cooling requirements allowed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mittels einer Kühlanordnung für elektrische Bauteile mit: einer Trägerplatte, an der die zu kühlenden elektrischen Bauteile befestigt sind, wobei die Trägerplatte einen innenliegenden, von einem Kühlmedium durchflossenen Hohlraum aufweist; einem Kühlkörper, der zwischen jedem zu kühlenden elektrischen Bauteil und einer Kontaktfläche der Trägerplatte angeordnet ist, wobei die Trägerplatte eine Aussparung im Bereich des Kühlkörpers aufweist, die sich von dem Hohlraum bis zu der Oberfläche der Trägerplatte erstreckt, und die Aussparung an der Kontaktfläche der Trägerplatte durch den Kühlkörper vollständig verschlossen ist, so dass das zu kühlende elektrische Bauteil mittels des Kühlkörpers mit dem Kühlmedium wärmeleitend verbunden ist, dadurch gelöst, dass der Kühlkörper eine Kühlstruktur mit einer ovalen Grundform aufweist, die von der Kontaktfläche in Richtung der Aussparung hervorsteht, so dass die mit dem Kühlmedium in Kontakt stehende Oberfläche der Kühlstruktur vergrößert ist und von dem Kühlmedium angeströmt wird.According to the invention Task by means of a cooling arrangement for electrical Components with: a carrier plate, at the one to be cooled are fixed electrical components, wherein the carrier plate a inside, traversed by a cooling medium Cavity has; a heat sink, the between each one to be cooled electrical component and a contact surface of the carrier plate is arranged, wherein the carrier plate has a recess in the region of the heat sink, which extends from the cavity to the surface of the carrier plate, and the Recess at the contact surface of support plate completely closed by the heat sink is, so that's to be cooled electrical component by means of the heat sink with the cooling medium thermally conductive connected, that the heat sink a cooling structure having an oval basic shape extending from the contact surface in the direction the recess protrudes, so that with the cooling medium in contact surface the cooling structure is enlarged and of the cooling medium flows against becomes.

Vorteilhaft ist der Kühlkörper mit einer Platte ausgebildet, die mittels einer lösbaren oder unlösbaren Verbindung auf die Trägerplatte gepresst oder mit dieser fest verbunden ist.Advantageous is the heat sink with a plate formed by means of a detachable or non-detachable connection on the carrier plate pressed or firmly connected to this.

Das auf der nach außen weisenden Seite des Kühlkörpers aufgesetzte zu kühlende Bauteil wird mittels einer lösbaren oder unlösbaren Verbindung auf den Kühlkörper gepresst, wodurch ein wärmeleitender Kontakt zwischen Kühlmedium und zu kühlendem Bauteil gewährleistet wird.The on the outside facing side of the heatsink patch to be cooled Component is made by means of a detachable or unsolvable Compound pressed onto the heat sink, whereby a thermally conductive Contact between cooling medium and to cool Component guaranteed becomes.

Die Grundfläche des Kühlkörpers ist in einer vorteilhaften Ausführung größer als die Fläche der Aussparung in der Draufsicht. Der Kühlkörper weist dann auf allen Seiten einen über die jeweilig abzudeckende Aussparung hinausragenden Rand auf.The Floor space of the heat sink is in an advantageous embodiment greater than the area the recess in the plan view. The heat sink then points on all sides one over the respective cover to be covered protruding edge.

Es ist aber ebenfalls möglich, die Kühlkörper so zu gestalten, dass die Grundfläche des Kühlkörpers nicht größer als die Grundfläche der Aussparung in der Draufsicht ist, wenn die Dichtheit zwischen Kühlkörper und Trägerplatte im Bereich der Aussparung durch eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise durch Schweißen, hergestellt wird.It but it is also possible the heatsinks like that to shape that footprint the heat sink not greater than the base area the recess in the plan view is when the tightness between Heat sink and support plate in the region of the recess by a cohesive connection, preferably by welding, will be produced.

Die lösbare Verbindung ist in einer besonders einfachen Ausführung als Schraubverbindung ausgebildet. Weitere lösbare Verbindungen können beispielsweise Klemmverbindungen oder federbelastete Systeme sein.The releasable Connection is formed in a particularly simple embodiment as a screw connection. Other solvable For example, connections can be Clamping connections or spring-loaded systems.

Als unlösbare Verbindung wird besonders einfach eine Schweißverbindung realisiert. Weitere unlösbare Verbindungen können z. B. Niet- oder Lötverbindungen sein.When unsolvable Connection is particularly easy realized a welded joint. Other permanent connections can z. B. rivet or solder joints be.

Die mit dem Kühlmedium in Kontakt stehende Oberfläche des Kühlkörpers kann verschiedene Rauigkeiten aufweisen. Sie kann beispielsweise die Rauigkeit eines gegossenen Materials haben, oder aber poliert sein. Die Rauigkeit der Oberfläche beeinflusst die Wärmeübertragung von dem zu kühlenden Bauteil über den Kühlkörper auf das Kühlmedium.The with the cooling medium in contact surface of the heat sink can have different roughness. You can, for example, the roughness of a cast material or polished. The roughness the surface influences the heat transfer from the component to be cooled over the Heat sink on the cooling medium.

Der Strömungsverlauf im Bereich des Kühlkörpers soll vorteilhaft nicht laminar, sondern turbulent sein, um eine hohe Dissipation der Wärmeenergie über das gesamte Volumen des Kühlmediums zu erzielen.Of the flow path in the area of the heat sink advantageous not laminar but turbulent to a high Dissipation of heat energy over the entire volume of the cooling medium to achieve.

Der Kühlkörper ist so gestaltet, dass das Zusammenwirken von kühlender Oberfläche, der Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums, des resultierenden Druckabfalls, der Wärmeleitfähigkeit von Trägerplatte und Kühlkörper sowie der Wärmekapazität des Kühlmediums sowohl eine ausreichende Kühlung des elektrischen oder elektronischen Bauteils gewährleisten und gleichzeitig die benötigte Leistung der Kühlmittelpumpe niedrig gehalten werden kann.Of the Heat sink is designed so that the interaction of cooling surface, the flow rate the cooling medium, the resulting pressure drop, the thermal conductivity of carrier plate and heat sink as well the heat capacity of the cooling medium both a sufficient cooling of ensure electrical or electronic component and at the same time the needed Performance of the coolant pump can be kept low.

Im einfachsten Fall (für geringe Kühlleistungen) ist der Kühlkörper eine Platte, die ausschließlich über ihre freie Oberfläche in der Aussparung mit dem Kühlmedium in Kontakt steht. Die Kontaktfläche kann dabei poliert oder rau sein.in the simplest case (for low cooling capacities) is the heat sink a Plate exclusively on her free surface in the recess with the cooling medium in contact. The contact surface can be polished or rough.

Für höhere Kühlleistungen ist es von Vorteil, dass der Kühlkörper eine in Richtung der Aussparung aufragende Kühlstruktur aufweist, die vom Kühlmedium um- oder durchströmt wird. Die Kühlstruktur kann dann zweckmäßig verschieden dimensioniert und gestaltet werden, wodurch die Kühlleistung des Kühlkörpers an spezifische Erfordernisse anpassbar ist.For higher cooling capacities it is advantageous that the heat sink a has in the direction of the recess towering cooling structure, the cooling medium flows around or through becomes. The cooling structure can then be useful different be dimensioned and designed, reducing the cooling capacity of the heat sink specific requirements is customizable.

Vorteilhafte Varianten für die Gestaltung des Kühlkörpers bestehen darin, dass die Kühlstruktur als aufgewölbte, kompakte Oberfläche, vorzugsweise als längsovale Vollform, als längs- oder schräggestellte Rippen oder als Array von Stiften ausgebildet ist.advantageous Variants for the design of the heat sink exist in that the cooling structure as bulged, compact surface, preferably as a longitudinal oval Full form, as longitudinal or inclined Ribs or as an array of pins is formed.

Der Kühlkörper besteht aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit. Vorzugsweise ist er aus einem Material, das mindestens eines der Metalle Aluminium, Kupfer, Stahl und deren Legierungen enthält.Of the Heat sink exists made of a material with good thermal conductivity. Preferably, it is made of a material that is at least one of Contains metals aluminum, copper, steel and their alloys.

Auf einen Kühlkörper können zur Verbesserung des Wärmekontaktes weitere sehr gut wärmeleitende Materialien aufgebracht werden. Dies kann z. B. durch Beschichten, Hintergießen oder Aufschmelzen erfolgen. Dabei weisen die weiteren aufgebrachten Materialien eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Basismaterial auf, aus dem der Kühlkörper hauptsächlich besteht.On a heat sink can for Improvement of thermal contact more very good thermal conductivity Materials are applied. This can be z. By coating, back-casting or melting. The others have applied Materials a higher one thermal conductivity as the base material of which the heat sink mainly consists.

Die flüssigkeitsdurchströmte Trägerplatte besteht zweckmäßig ebenfalls aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit. Solche Materialien können z. B. Metalle wie Aluminium, Kupfer, Stahl und deren Legierungen, aber auch Kunststoffe mit hinreichender Wärmeleitfähigkeit sein.The liquid-flow carrier plate is also appropriate made of a material with good thermal conductivity. Such materials may, for. For example, metals such as aluminum, copper, steel and their alloys, but also be plastics with sufficient thermal conductivity.

In einer besonders einfachen Ausführung ist die Trägerplatte als Gussteil ausgebildet. Sie kann aber auch als Strangpressprofil erzeugt werden.In a particularly simple design is the carrier plate designed as a casting. But it can also be used as an extruded profile be generated.

Die vom Kühlmedium durchflossenen Kühlkanäle werden vorteilhaft in einer besonders einfachen Ausführung durch die Verwendung von Gusskernen beim Gießen der Trägerplatte erzeugt. Die Kühlkanäle können aber auch beim Gießvorgang z. B. durch das Einlegen von Rohren in die Trägerplatte eingebracht werden. Bei zulässiger geradliniger Ausformung der Kühlkanäle können diese auch bei der Herstellung der Trägerplatte durch Strangpressen erzeugt werden.The from the cooling medium be passed through cooling channels advantageous in a particularly simple embodiment by the use casting cores during casting the carrier plate generated. But the cooling channels can also during the casting process z. B. be introduced by inserting pipes in the carrier plate. In permissible rectilinear shaping of the cooling channels can this also in the production of the carrier plate be produced by extrusion.

Sind innerhalb einer Trägerplatte Kühlkanäle vorhanden, bestimmt deren Verlauf und Dimensionierung weitgehend die Flexibilität der Trägerplatte hinsichtlich ihrer Eignung für unterschiedliche Kühlanforderungen. So erlauben zwar wenige, dafür größer dimensionierte Kühlkanäle die Platzierung leistungsstarker Kühlkörper, schränken aber die Möglichkeiten ihrer beliebigen Anordnung ein.are within a carrier plate Cooling channels available, Determines the course and dimensioning largely the flexibility of the support plate in terms their suitability for different cooling requirements. So allow a few, but larger-sized Cooling channels the placement of powerful Heatsink, but restrict the possibilities their arbitrary arrangement.

Weist eine Trägerplatte dagegen eine Vielzahl von kleineren, gleichartigen Kühlkanälen in regelmäßiger Anordnung auf, erhöhen sich die zur Verfügung stehenden Varianten zur Anordnung der Kühlkörper. Allerdings kann es bei erforderlichen höheren Kühlleistungen nötig sein, mehr als einen Kühlkanal durch eine Aussparung für einen Kühlkörper zu eröffnen. Solche regelmäßigen Anordnungen gleichartiger Kühlkanäle können in einer besonders günstigen Ausführung als Strangpressprofile erzeugt werden.has a carrier plate however, a variety of smaller, similar cooling channels in a regular arrangement on, increase the ones available standing variants for the arrangement of the heat sink. However, it can be at required higher cooling capacities be necessary, more than one cooling channel through a recess for a heat sink too open. Such regular arrangements similar cooling channels can in a particularly favorable design as Extruded profiles are generated.

Eine Trägerplatte kann mehrere Aussparungen zur Aufnahme von jeweils einem Kühlkörper aufweisen. Die Aussparungen werden vorzugsweise auf einer oder auf beiden Seiten der Trägerplatte, d. h. auf Ober- und/oder Unterseite der Trägerplatte eingebracht.A support plate can have a plurality of recesses for receiving in each case a heat sink. The recesses are preferably on one or both sides the carrier plate, d. H. placed on the top and / or bottom of the carrier plate.

Die Aussparungen in der Trägerplatte sind in Form und Abmaßen so gestaltet, dass der Kühlkörper mit einer gegebenenfalls vorhandenen Kühlstruktur zur Vergrößerung seiner Oberfläche in die Aussparung hineinragen und von dem Kühlmedium umströmt werden kann.The Recesses in the carrier plate are in shape and dimensions designed so that the heat sink with an optionally existing cooling structure to increase its surface protrude into the recess and are flowed around by the cooling medium can.

Die Aussparung zur Aufnahme des Kühlkörpers kann vorteilhaft durch spanende Verfahren wie z. B. Fräsen oder Bohren eingebracht werden. Die Aussparung kann aber auch bereits beim Gießprozess der Trägerplatte z. B. durch die Verwendung von Gusskernen geschaffen werden.The Recess for receiving the heat sink can advantageous by machining methods such. B. milling or Drilling be introduced. The recess can already during the casting process the carrier plate z. B. be created by the use of casting cores.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von unterschiedlichen Kühlkörpern wird die Verteilung der Wärmekapazitäten über eine Trägerplatte hinweg gezielt beeinflusst. Dabei werden vorteilhafterweise Bereiche mit hoher Wärmekapazität und die räumliche Anordnung von Abwärme erzeugenden, zu kühlenden Bauteilen zueinander in Deckung gebracht. Überschreitet die Grundfläche eines zu kühlenden Bauteils die Grundfläche eines Kühlkörpers, so besteht die Möglichkeit, dass das Bauteil mindestens zwei Kühlkörper ganz oder teilweise überdeckt.By the use according to the invention of different heat sinks is the distribution of heat capacities over one support plate targeted. It will be advantageous areas with high heat capacity and the spatial Arrangement of waste heat generating, to be cooled Components brought to cover each other. Exceeds the base of a to be cooled component the base area a heat sink, so it is possible, the component completely or partially covers at least two heat sinks.

Beim Einsatz von mehreren erfindungsgemäßen Kühlkörpern in ein und derselben Trägerplatte können diese durch das Kühlmedium sowohl parallel über separate Kühlkanäle als auch nacheinander im Verlauf mindestens eines Kühlkanals angeströmt werden. Auch sind Anordnungen von sowohl parallel als auch in Reihe angeströmten Kühlkörpern möglich.At the Use of several heat sinks according to the invention in one and the same support plate can these through the cooling medium both in parallel separate cooling channels as well be flowed successively in the course of at least one cooling channel. Arrangements of both parallel and in series flowing heat sinks are possible.

Sind Bauteile, die eine ungleichmäßige Wärmeentwicklung über ihre Ausdehnung aufweisen (z. B. Bauteile mit großen Abmessungen, die mehrere wärmeerzeugende Elemente beinhalten) zu kühlen, so können diese auf der Trägerplatte derart angeordnet sein, dass sich ausschließlich die stark wärmeerzeugenden Elemente nahe oder direkt über dem Kühlkörper befinden. Die Kühlkörper brauchen dabei von dem zu kühlenden Bauteil nicht völlig überdeckt zu sein. In anderen speziellen Fällen kann ein zu kühlendes Bauteil auch mehrere Kühlkörper ganz oder teilweise überdecken.If components which have uneven heat development over their extent (for example, components of large dimensions which contain a plurality of heat-generating elements) are to be cooled, these may be arranged on the carrier plate such that only the strongly heat-generating elements are close or direct above that Heatsink are located. The heat sink need not be completely covered by the component to be cooled. In other special cases, a component to be cooled may also completely or partially cover a plurality of heat sinks.

Die erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kommt vorteilhaft bei der Kühlung von elektrischen oder elektronischen Bauteilen zum Einsatz, bei denen Verlustleistungen von etwa 500 bis 2000 W je Bauteil abgeführt werden müssen.The Cooling device according to the invention comes advantageous for cooling of electrical or electronic components for use, in which dissipated power losses of about 500 to 2000 W per component have to.

Der für den Einsatz der erfindungsgemäßen Kühlkörper vorgesehene Durchfluss der Kühlflüssigkeit liegt im Bereich von etwa 1 m3/h bis 10 m3/h.The intended for the use of the heat sink according to the invention flow rate of the cooling liquid is in the range of about 1 m 3 / h to 10 m 3 / h.

Als Kühlmedium sind bevorzugt Flüssigkeiten mit einer hohen Wärmekapazität, wie z. B. Wasser, Öl oder ähnliche Flüssigkeiten zu verwenden. Durch Zusätze in der jeweils als Kühlmedium fungierenden Flüssigkeit kann die Effizienz der Kühlung und deren Verschleiß günstig beeinflusst werden.When cooling medium are preferably liquids with a high heat capacity, such. As water, oil or similar liquids to use. By additions in each case as a cooling medium acting liquid can the cooling efficiency and their wear has a favorable influence become.

Wird eine solche fluidgekühlte Trägerplatte und die darauf befindlichen elektrischen oder elektronischen Bauteile unter veränderten thermischen Bedingungen (z. B. dauerhaft erhöhte Umgebungstemperaturen) betrieben oder mit Bauteilen bestückt, die eine höhere Wärmemenge erzeugen, kann durch die erfindungsgemäßen Kühlkörper eine einfache und kostengünstige Anpassung der Kühlleistung erfolgen, indem je nach thermischer Belastung die konkrete Gestalt des Kühlkörpers ausgewählt und somit die für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche zum Kühlmedium angepasst wird.Becomes such a fluid-cooled Support plate and the electrical or electronic components located thereon under changed thermal conditions (eg permanently elevated ambient temperatures) operated or equipped with components that a higher amount of heat can produce, by the heat sink according to the invention a simple and cost-effective adjustment the cooling capacity done by depending on the thermal load, the concrete shape the heat sink selected and thus the for the heat exchange to disposal standing surface to the cooling medium is adjusted.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Kühlkörpern, die an oder in standardisierten und daher kostengünstig hergestellten fluidgekühlten Trägerplatten an- bzw. eingebracht werden, erlauben eine modulare Zusammenstellung von standardisierten Trägerplatten und einer endlichen Anzahl von standardisierten verschiedenen ausgeformten Kühlkörpern für eine große Anwendungsbreite hinsichtlich der erforderlichen Kühlleistung.The inventive device with heatsinks that on or in standardized and therefore inexpensive manufactured fluid-cooled carrier plates be introduced or introduced, allow a modular compilation of standardized carrier plates and a finite number of standardized different shaped ones Heat sinks for a wide range of applications in terms of the required cooling capacity.

Weiterhin können bereits in Betrieb befindliche Trägerplatten mit einem geringen technologischen Aufwand für den Einsatz von erfindungsgemäßen Kühlkörpern nachgerüstet werden.Farther can already in use carrier plates with a small technological effort for be retrofitted the use of heat sinks according to the invention.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand von Ausgestaltungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen die Zeichnungen:The inventive device will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments. there show the drawings:

1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, 1 : a schematic representation of the cooling device according to the invention,

2: eine Ausführungsform des Kühlkörpers mit Kühlrippen, 2 an embodiment of the heat sink with cooling fins,

3: eine gegenüber 2 modifizierte Gestaltung des Kühlkörpers mit schräg zur Strömungsrichtung des Kühlmediums orientierten Rippen, 3 : one opposite 2 modified design of the heat sink with ribs oriented at an angle to the flow direction of the cooling medium,

4: eine weiteren Ausprägung des Kühlkörpers mit Stiften, 4 : another form of the heat sink with pins,

5: eine kompakte Ausführungsform des Kühlkörpers mit einer aufgewölbten Ovalform, 5 a compact embodiment of the heat sink with a curved oval shape,

6a: eine weitere Ausführung des Kühlkörpers als einfache Kühlplatte und rauer Oberfläche, 6a a further embodiment of the heat sink as a simple cooling plate and rough surface,

6b: eine weitere Abwandlung des Kühlkörpers nach 6a und polierter Oberfläche, 6b : another modification of the heat sink after 6a and polished surface,

7: eine Ausführungsform der Trägerplatte mit mehreren Kühlkörpern, eingebettet in einem verschließbaren Gehäuse, 7 an embodiment of the carrier plate with a plurality of heat sinks, embedded in a closable housing,

8: eine perspektivische Darstellung einer aus einem Strangpressprofil gefertigten Trägerplatte, bei der Kühlkörper in Ausnehmungen, die jeweils von mehreren Kühlkanäle durchströmt werden, eingebracht sind, 8th FIG. 2 is a perspective view of a carrier plate made of an extruded profile, in which heat sinks are introduced into recesses, which are each traversed by a plurality of cooling channels,

9: Schnittdarstellungen einer durch Strangpressen hergestellten Trägerplatte mit geradlinig durchlaufenden Kühlkanälen a) in einer Seitenansicht und b) in einer Draufsicht. 9 : Sectional views of a carrier plate produced by extrusion with straight through cooling channels a) in a side view and b) in a plan view.

In einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit gemäß 1 wird in eine Trägerplatte 1 mit einem innenliegenden, von Kühlmedium durchflossenen Hohlraum 4 und Öffnungen für den Einlass 2 und den Auslass 3 eines Kühlmediums mindestens eine Aussparung 5 im Bereich eines innenliegenden Hohlraumes 4 eingebracht. In diese Aussparung 5 wird der Kühlkörper 6 eingesetzt, wobei dieser die Aussparung 5 vollständig abdeckt. Auf dem Kühlkörper 6 kann sich die Kühlstruktur 7 befinden. Das Kühlmedium wird mittels einer Pumpe (nicht dargestellt) durch die Trägerplatte 1 gefördert. Der innenliegende Hohlraum 4 ist als Kühlkanal 41 ausgebildet.In a first embodiment according to 1 is in a carrier plate 1 with an internal cavity through which cooling medium flows 4 and openings for the inlet 2 and the outlet 3 a cooling medium at least one recess 5 in the region of an internal cavity 4 brought in. In this recess 5 becomes the heat sink 6 used, this being the recess 5 completely covers. On the heat sink 6 can the cooling structure 7 are located. The cooling medium is by means of a pump (not shown) through the support plate 1 promoted. The internal cavity 4 is as a cooling channel 41 educated.

Um Dichtheit zwischen dem Kühlkörper 6 und der Trägerplatte 1 zu gewährleisten, wird die Kontaktfläche 13 zwischen Kühlkörper 6 und Trägerplatte 1 plan gestaltet (z. B. gefräst) und gemäß der 1 bis 6 mittels eines in einer Nut 8 eingelegten O-Ringes abgedichtet. Die den O-Ring aufnehmende Nut 8 befindet sich vorzugsweise auf der mit der Trägerplatte 1 in Kontakt stehenden Fläche des Kühlkörpers 6.To tightness between the heat sink 6 and the carrier plate 1 to ensure the contact area 13 between heat sink 6 and support plate 1 designed (eg milled) and according to the 1 to 6 by means of a groove 8th sealed O-ring sealed. The groove receiving the O-ring 8th is preferably on the with the support plate 1 in contact surface of the heat sink 6 ,

Die Größe des Kühlkörpers 6 wird so gewählt, dass er über die Aussparung hinaus ragt und das Anbringen einer geeigneten Anzahl von Durchgangsbohrungen 10, 11 erlaubt. Zu diesen korrespondierend werden in der Trägerplatte 1 Sacklöcher 12 eingebracht. In diese Sacklöcher können z. B. geeignete Innengewinde geschnitten werden. Ein Teil der Durchgangsbohrungen 11 und der Sacklöcher 12 dient der Befestigung des Kühlkörpers 6 auf der Trägerplatte 1. Der andere Teil der Durchgangsbohrungen 10 dient der Befestigung des zu kühlenden Bauteils 9 auf der Trägerplatte 1 (1 bis 5). Dabei werden die Befestigungsmittel des zu kühlenden Bauteils 9 durch die Durchgangsbohrungen 10 zu den Sacklöchern 12 geführt. Dies bewirkt, dass das zu kühlende Bauteil 9 durch die Wirkung der Befestigungsmittel auf den Kühlkörper 6 gepresst wird. Durch eine die Wärme leitende Ausgestaltung der Befestigungsmittel wird die Abwärme vom Bauteil 9 hin zu Trägerplatte 1 und Kühlkörper 6 geführt.The size of the heat sink 6 is chosen so that it projects beyond the recess and attaching a suitable number of through drillholes 10 . 11 allowed. Corresponding to these are in the carrier plate 1 blind holes 12 brought in. In these blind holes z. B. suitable internal thread can be cut. Part of the through holes 11 and the blind holes 12 serves to attach the heat sink 6 on the carrier plate 1 , The other part of the through holes 10 serves to fasten the component to be cooled 9 on the carrier plate 1 ( 1 to 5 ). In this case, the fastening means of the component to be cooled 9 through the through holes 10 to the blind holes 12 guided. This causes the component to be cooled 9 by the effect of the fasteners on the heat sink 6 is pressed. By a heat conductive design of the fasteners, the waste heat from the component 9 towards the carrier plate 1 and heat sink 6 guided.

Bei Anordnung mehrerer Kühlkörper 6 auf einer Trägerplatte 1 kann gemäß 7 eine Einlassöffnung 2 und eine Auslassöffnung 3 vorgesehen sein, durch die das Kühlmedium in den innenliegenden Kühlkanal 41 oder die Kühlkanäle 41 gelangt und nach Durchfließen der Trägerplatte 1 wieder in eine z. B. Pumpvorrichtung (nicht dargestellt) zurückströmt.When arranging several heatsinks 6 on a carrier plate 1 can according to 7 an inlet opening 2 and an outlet opening 3 be provided, through which the cooling medium in the inner cooling channel 41 or the cooling channels 41 passes and after flowing through the support plate 1 again in a z. B. pumping device (not shown) flows back.

Die Trägerplatte 1 ist in dem Beispiel gemäß 8 aus einem Strangpressprofil hergestellt und weist parallel verlaufende, innenliegende Kühlkanäle 41 auf, welche die Trägerplatte 1 geradlinig durchziehen. Die Ein- bzw. Auslassöffnung (2, 3) für das Kühlmedium befinden sich für jeden Kühlkanal 41 an entgegengesetzten Seiten der Trägerplatte 1. Jeder Kühlkanal hat eine eigene Ein- und Auslassöffnung. Die Kühlkörper 6 werden von dem Kühlmedium durch jeweils zwei Kühlkanäle 41 angeströmt. Eröffnet eine Aussparung mehr als einen Kühlkanal 41, dann befinden sich alle Einlässe 2 der betreffenden Kühlkanäle 41 auf der einen und alle Auslässe 3 auf der anderen Seite der Trägerplatte 1.The carrier plate 1 is in the example according to 8th made of an extruded profile and has parallel, internal cooling channels 41 on which the carrier plate 1 pull through in a straight line. The inlet or outlet opening ( 2 . 3 ) for the cooling medium are located for each cooling channel 41 on opposite sides of the carrier plate 1 , Each cooling channel has its own inlet and outlet opening. The heat sinks 6 are from the cooling medium through two cooling channels 41 incident flow. Opened a recess more than a cooling channel 41 , then all the inlets are 2 the respective cooling channels 41 on the one and all outlets 3 on the other side of the carrier plate 1 ,

Wie aus den schematischen Darstellungen der 9b zu entnehmen, können einige Bereiche der Trägerplatte 1 nur von Kühlkanälen 41 durchzogen werden, während andere durch das Einbringen eines oder mehrerer Kühlkörper 6 erhöhte Wärmekapazitäten aufweisen. Abweichend von der Darstellung der 9b können die Aussparungen 5 auch in nur einen oder mehrere Kühlkanäle 41 eingreifen. Des Weiteren können die Aussparungen 5 auch in verschiedenen parallelen Kühlkanälen 41 versetzt angeordnet sein.As from the schematic representations of 9b can be seen, some areas of the support plate 1 only from cooling channels 41 be traversed while others by introducing one or more heat sinks 6 have increased heat capacities. Deviating from the presentation of 9b can the recesses 5 even in just one or more cooling channels 41 intervention. Furthermore, the recesses can 5 also in different parallel cooling channels 41 be arranged offset.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt, ausgehend von dem zu kühlenden elektrischen oder elektronischen Bauteil 9 einen Wärmefluss über die Kontaktfläche 15 zwischen dem Bauteil 9 und dem Kühlkörper 6. Ein Teil der Wärme kann über die Kontaktfläche 14 an die Trägerplatte 1 abgegeben werden. Der wesentliche Wärmefluss erfolgt jedoch vom zu kühlenden Bauteil 9 über den plattenförmigen Bereich 6 und die gegebenenfalls vorhandene Kühlstruktur 7 des Kühlkörpers 6. Dort wird die abzuführende Wärme an das Kühlmedium abgegeben.The device according to the invention allows, starting from the electrical or electronic component to be cooled 9 a heat flow over the contact surface 15 between the component 9 and the heat sink 6 , Part of the heat can be over the contact surface 14 to the carrier plate 1 be delivered. However, the significant heat flow takes place from the component to be cooled 9 over the plate-shaped area 6 and the optional cooling structure 7 of the heat sink 6 , There, the dissipated heat is released to the cooling medium.

Die Kühlkörper 6 können auch so gestaltet sein, dass deren Grundfläche in der Draufsicht nicht größer als die Grundfläche der Aussparung 5 in der Draufsicht ist. In einer solchen Ausführung wird der plattenförmige Bereich des Kühlkörpers 6 mit der Trägerplatte stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise durch Schweißen oder Löten und dadurch die Aussparung 5 abgedichtet.The heat sinks 6 can also be designed so that the base surface in the plan view is not larger than the base of the recess 5 in the plan view. In such an embodiment, the plate-shaped portion of the heat sink 6 connected to the support plate cohesively, preferably by welding or soldering and thereby the recess 5 sealed.

In einer weiteren Ausführung sind die Befestigungselemente wie z. B. Klemmen oder Spangen, die das zu kühlende Bauteil 9 auf die Trägerplatte 1 pressen, direkt an der Trägerplatte 1 befestigt und müssen nicht durch im Kühlkörper 6 befindlichen Durchgangsbohrungen 10 hindurch geführt werden.In a further embodiment, the fasteners such. As clamps or clips that the component to be cooled 9 on the carrier plate 1 Press, directly on the carrier plate 1 attached and do not have to go through in the heat sink 6 located through holes 10 be guided through.

Weiterhin ist es möglich, das zu kühlende Bauteil 9 direkt am Kühlkörper 6 zu befestigen.Furthermore, it is possible to cool the component 9 directly on the heat sink 6 to fix.

Es ist ferner möglich, dass der Kühlkörper 6 in die Gehäusegrundplatte des Bauteils 9 integriert ist.It is also possible that the heat sink 6 in the housing base plate of the component 9 is integrated.

Die von dem Kühlmedium angeströmte Kühlstruktur 7 wird je nach Verwendungszweck und zu erbringender Kühlleistung in verschiedenen Formen, Abmessungen und Querschnittsprofilen gemäß 2 bis 5 ausgestaltet.The cooled by the cooling medium cooling structure 7 Depending on the purpose and to be provided cooling power in various shapes, dimensions and cross-sectional profiles according to 2 to 5 designed.

In einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit ist der Kühlkörper 6 gemäß 2 und 3 mit einer Kühlstruktur 7 in Form von Kühlrippen 71, 72 ausgebildet. Dabei können die Kühlrippen 71, 72 unterschiedliche Querschnittsprofile aufweisen (Rippenabstand und Rippendicke). Außerdem kann die Effektivität des Wärmeaustauschs der Kühlkörpers 6 mit dem Kühlmedium durch schräg gestellte Kühlrippen 72, die unter einem spitzen Winkel zur Hauptfließrichtung des Kühlmediums angestellt sind, gesteigert werden, wie es 3 zeigt.In a first embodiment, the heat sink is 6 according to 2 and 3 with a cooling structure 7 in the form of cooling fins 71 . 72 educated. The cooling fins can 71 . 72 have different cross-sectional profiles (rib distance and rib thickness). In addition, the effectiveness of the heat exchange of the heat sink 6 with the cooling medium through inclined cooling fins 72 , which are employed at an acute angle to the main direction of flow of the cooling medium, can be increased, as it 3 shows.

In einer dritten Gestaltung gemäß 4 wird die Kühlstruktur 7 als Array von Stiften 73 ausgebildet und damit die fluidumströmte Oberfläche des Kühlkörpers 6 nochmals mehrfach vergrößert.In a third embodiment according to 4 becomes the cooling structure 7 as an array of pens 73 formed and thus the fluidumströmte surface of the heat sink 6 enlarged again several times.

Bei geringerem Kühlbedarf kann die Kühlstruktur 7 des Kühlkörper 6 auch eine kompakte, aufgewölbte Oberfläche, beispielsweise eine längsovale Vollform 74 gemäß 5 aufweisen.If there is less need for cooling, the cooling structure can 7 of the heat sink 6 also a compact, bulging surface, for example a longitudinal oval full form 74 according to 5 exhibit.

Für Anwendungen mit geringen Kühlanforderungen der zu kühlenden Bauteile ist es des Weiteren möglich, wie in 6a und 6b gezeigt, die Kühlstruktur 7 in Richtung der Aussparung 5 stark zu reduzieren, indem der Kühlkörper 6 im Wesentlichen nur mit einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche als raue Kühlplatte 75 (6a) oder sogar als polierte Kühlplatte 76 (6b) ausgebildet ist.For applications with low cooling requirements of the components to be cooled, it is also possible, as in 6a and 6b shown the cooling structure 7 in the direction of the recess 5 strong too reduce by the heat sink 6 essentially only with a substantially flat surface as a rough cooling plate 75 ( 6a ) or even as a polished cooling plate 76 ( 6b ) is trained.

Um unterschiedliche Betriebsbedingungen und Anforderungen an die Kühlleistung erfüllen zu können, ist in weiteren Ausgestaltungsmöglichkeiten die Kühlstruktur 7 in Richtung der Aussparung 5 ragend und die Oberfläche des Kühlkörpers 6 vergrößernd ausgebildet.In order to meet different operating conditions and requirements for the cooling capacity, the cooling structure is in further design options 7 in the direction of the recess 5 protruding and the surface of the heat sink 6 formed enlarged.

Die vom Kühlmedium angeströmte Kühlstruktur 7 eines Kühlkörpers 6 besteht in einer ersten Ausgestaltung aus demselben Material wie dessen plattenförmiger Bereich, z. B. aus Stahl, Kupfer, Messing, Aluminium oder deren Legierungen.The cooling medium flowed by the cooling medium 7 a heat sink 6 consists in a first embodiment of the same material as its plate-shaped region, for. As steel, copper, brass, aluminum or their alloys.

In einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit bestehen Teile des Kühlkörpers 6, z. B. Oberflächenbereiche an der Kontaktfläche 13 zur Trägerplatte 1 oder an der Kontraktfläche 14 zum Bauteil 9, aus einem Material mit einer höheren Wärmleitfähigkeit z. B. Aluminium, Kupfer, Silber, Gold oder Platin und deren Legierungen.In a further embodiment possibility consist of parts of the heat sink 6 , z. B. surface areas on the contact surface 13 to the carrier plate 1 or at the contract area 14 to the component 9 , made of a material with a higher thermal conductivity z. As aluminum, copper, silver, gold or platinum and their alloys.

Der Kühlkörper 6 besteht in einer weiteren Ausführung aus demselben Material wie die kühlmitteldurchströmte Trägerplatte 1, vorzugsweise aus Aluminium oder Edelstahl. Er wird jedoch bevorzugt aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit gefertigt.The heat sink 6 In another embodiment, it consists of the same material as the coolant-flowed carrier plate 1 , preferably made of aluminum or stainless steel. However, it is preferably made of a material with higher thermal conductivity.

In einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit wird das Wärmleitvermögen an der Kontaktfläche 14 zwischen zu kühlendem elektrischen oder elektronischen Bauteil 9 und dem Kühlkörper 6 durch ein Verbindungselement mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z. B. ein eingelegtes Kupferblech) oder das Einbringen einer pastösen, wärmeleitenden Masse erhöht.In a further embodiment possibility, the thermal conductivity at the contact surface 14 between to be cooled electrical or electronic component 9 and the heat sink 6 increased by a connecting element with high thermal conductivity (eg., An inserted copper sheet) or the introduction of a pasty, thermally conductive mass.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorteilhaft dann eingesetzt, wenn für Anlagen mit verschiedenen zu kühlenden elektrischen oder elektronischen Bauteilen 9 standardisierte und daher kostengünstige fluidgekühlte Trägerelemente 1 verwendet werden sollen. Diese können mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus standardisierter fluidgekühlter Trägerplatte 1 und variablen Kühlkörpern 6 modular an die jeweilig geforderten Kühlleistungen räumlich und thermisch angepasst werden.The device according to the invention is advantageously used when for systems with different electrical or electronic components to be cooled 9 standardized and therefore cost-effective fluid-cooled carrier elements 1 should be used. These can by means of the device according to the invention of standardized fluid-cooled carrier plate 1 and variable heat sinks 6 be adapted spatially and thermally to the respective required cooling capacities.

Weiterhin können bereits im Einsatz befindliche Trägerplatten 1 mit einigen wenigen Arbeitsschritten mit den erfindungsgemäßen Kühlkörpern 6 nach- oder umgerüstet werden. Dies hat große ökonomische Bedeutung, wenn eine Anlage bei unterschiedlichen thermischen Bedingungen (z. B. Betrieb im Sommer- und Winterhalbjahr, Betrieb in unterschiedlichen klimatischen Regionen) eingesetzt oder aber mit leistungsfähigeren Bauteilen nachgerüstet wird. Die Standardisierung der erfindungsgemäßen Kühlkörper erlaubt eine ökonomische Produktion und deren Einsatz als variable Kühlmodule. Eine individuelle Anpassung von Kühlkörpern an neu zu schaffende bzw. bereits existierenden Anlagen bleibt dabei unbenommen.Furthermore, already in use carrier plates 1 with a few steps with the heat sinks according to the invention 6 be retrofitted or upgraded. This has great economic importance if a plant is used under different thermal conditions (eg operation in the summer and winter months, operation in different climatic regions) or retrofitted with more efficient components. The standardization of the heat sink according to the invention allows an economical production and their use as variable cooling modules. An individual adaptation of heat sinks to new or existing existing systems remains unchecked.

Die Vorteile bestehen in einer flexiblen und kostengünstigen Möglichkeit, die Kühlleistung an die vorgegebene Parameter von elektrischen oder elektronischen Bauteilen anzupassen. Weiterhin führen die direkt unter den zu kühlenden Bauteilen befindlichen Kühlkörper zu einer erhöhten Wärmeabfuhr an den Stellen der Wärmeentwicklung. Dadurch können die zu kühlenden Bauteile nahe der Leistungsgrenze betrieben und außerdem ihre Lebensdauer erhöht werden.The Benefits consist in a flexible and cost-effective way, the cooling capacity to the given parameters of electrical or electronic Adapt components. Furthermore, the lead directly under the cooling Components are heatsink to an elevated one heat dissipation in the places of heat development. This allows the to be cooled Components operated near the power limit and also their Lifespan be increased.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Trägerplattesupport plate
22
Einlassöffnunginlet port
33
Auslassöffnungoutlet
44
Hohlraumcavity
4141
Kühlkanalcooling channel
55
Aussparungrecess
66
Kühlkörperheatsink
77
Kühlstrukturcooling structure
88th
Nutgroove
99
Bauteilcomponent
1010
Durchgangsbohrungen (für Bauteil)Through holes (for component)
1111
Durchgangsbohrungen (für Kühlkörper)Through holes (for heat sink)
1212
Sacklöcherblind holes
1313
Kontaktfläche (zwischen Trägerplatte und Kühlkörper)Contact surface (between support plate and heat sink)
1414
Kontaktfläche (zwischen Kühlkörper und Bauteil)Contact surface (between Heat sink and component)
7171
Kühlrippencooling fins
7272
Kühlrippen schrägcooling fins aslant
7373
Kühlstiftecooling pins
7474
längsovale Kühlstrukturlong oval cooling structure
7575
raue Kühlplatterough cooling plate
7676
polierte Kühlplattepolished cooling plate

Claims (16)

Kühlanordnung für elektrische Bauteile (9) mit – einer Trägerplatte (1), an der die zu kühlenden elektrischen Bauteile (9) befestigt sind, wobei die Trägerplatte (1) einen innenliegenden, von einem Kühlmedium durchflossenen Hohlraum (4) aufweist; – mindestens einem Kühlkörper (6), der zwischen dem zu kühlenden elektrischen Bauteil (9) und einer Kontaktfläche (13) der Trägerplatte (1) angeordnet ist, wobei – die Trägerplatte (1) eine Aussparung (5) im Bereich jedes Kühlkörpers (6) aufweist, die sich von dem Hohlraum (4) bis zu der Oberfläche der Trägerplatte (1) erstreckt, und – die Aussparung (5) an der Kontaktfläche (13) der Trägerplatte (1) durch den Kühlkörper (6) voltständig verschlossen ist, so dass das zu kühlende elektrische Bauteil (9) mittels des Kühlkörpers (6) mit dem Kühlmedium wärmeleitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der mindestens eine Kühlkörper (6) eine Kühlstruktur (7) mit einer ovalen Grundform aufweist, die von der Kontaktfläche (13) in Richtung der Aussparung (5) hervorsteht, so dass die mit dem Kühlmedium in Kontakt stehende Oberfläche des Kühlkörpers (6) vergrößert ist und von dem Kühlmedium angeströmt wird.Cooling arrangement for electrical components ( 9 ) with - a carrier plate ( 1 ), at which the electrical components to be cooled ( 9 ), wherein the carrier plate ( 1 ) an internal cavity through which a cooling medium flows ( 4 ) having; At least one heat sink ( 6 ) between the electrical component to be cooled ( 9 ) and a contact surface ( 13 ) of the carrier plate ( 1 ), wherein - the carrier plate ( 1 ) a recess ( 5 ) in the region of each heat sink ( 6 ) extending from the cavity ( 4 ) up to the surface of the carrier plate ( 1 ), and - the recess ( 5 ) at the contact surface ( 13 ) of the carrier plate ( 1 ) through the heat sink ( 6 ) is completely sealed so that the electrical component to be cooled ( 9 ) by means of the heat sink ( 6 ), Is connected in heat conducting manner to the cooling medium characterized in that - the at least one heat sink ( 6 ) a cooling structure ( 7 ) having an oval basic shape, which depends on the contact surface ( 13 ) in the direction of the recess ( 5 protruding so that the cooling medium in contact with the surface of the heat sink ( 6 ) is increased and is flown by the cooling medium. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) mittels lösbarer Verbindungen mit der Trägerplatte (1) verbunden ist.Cooling arrangement according to claim 1, characterized in that the heat sink ( 6 ) by means of detachable connections to the carrier plate ( 1 ) connected is. Kühlanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung als Schraub- oder Klemmverbindung ausgebildet ist.cooling arrangement according to claim 2, characterized in that the detachable connection is designed as a screw or clamp connection. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) mittels unlösbarer Verbindungen mit der Trägerplatte (1) verbunden ist.Cooling arrangement according to claim 1, characterized in that the heat sink ( 6 ) by means of permanent connections with the carrier plate ( 1 ) connected is. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (1) mehrere Aussparungen (5) zur Aufnahme jeweils eines Kühlkörpers (6) aufweist, deren Kühlleistungen an die thermische Belastung einzelner elektrischer Bauteile (9) anpassbar sind, indem Kühlkörper (6) mit unterschiedlich gestalteten Kühlstrukturen (7) je nach thermischer Belastung der zu kühlenden elektrischen Bauteile (9) einsetzbar sind. Cooling arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the carrier plate ( 1 ) several recesses ( 5 ) for receiving in each case a heat sink ( 6 ), the cooling capacity of the thermal load of individual electrical components ( 9 ) are adaptable by heat sink ( 6 ) with differently shaped cooling structures ( 7 ) depending on the thermal load of the electrical components to be cooled ( 9 ) can be used. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstruktur (7) als eine Vollform ausgebildet ist.Cooling arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cooling structure ( 7 ) is formed as a full form. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstruktur (7) Vertiefungen aufweist und in Form von Kühlrippen (71, 72) ausgebildet ist.Cooling arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cooling structure ( 7 ) Recesses and in the form of cooling fins ( 71 . 72 ) is trained. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstruktur (7) einander kreuzende Vertiefungen aufweist und in Form von Kühlstiften (73) ausgebildet ist.Cooling arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cooling structure ( 7 ) has intersecting recesses and in the form of cooling pins ( 73 ) is trained. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Kühlmedium in Kontakt stehende Oberfläche der Kühlstruktur (7) rau (75) ist.Cooling arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the standing in contact with the cooling medium surface of the cooling structure ( 7 ) rough ( 75 ). Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Kühlmedium in Kontakt stehende Oberfläche der Kühlstruktur (7) poliert (76) ist.Cooling arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the standing in contact with the cooling medium surface of the cooling structure ( 7 ) polished ( 76 ). Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) aus mindestens einem gut wärmeleitenden Material aus der Gruppe Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Silber, Gold oder Platin sowie deren Legierungen besteht.Cooling arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that the heat sink ( 6 ) consists of at least one good heat conducting material from the group stainless steel, aluminum, copper, silver, gold or platinum and their alloys. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (4) in der Trägerplatte (1) als verzweigter Kühlkanal (41) ausgebildet ist und mehrere Kühlkörper (6) parallel angeströmt werden. Cooling arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the cavity ( 4 ) in the carrier plate ( 1 ) as a branched cooling channel ( 41 ) is formed and a plurality of heat sinks ( 6 ) are flowed parallel. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (4) in der Trägerplatte (1) als durchgehender Kühlkanal (41) ausgebildet ist und mehrere Kühlkörper (6) nacheinander angeströmt werden.Cooling arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the cavity ( 4 ) in the carrier plate ( 1 ) as a continuous cooling channel ( 41 ) is formed and a plurality of heat sinks ( 6 ) are flown in succession. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) in eine Gehäusegrundfläche des Bauteils (9) integriert ist.Cooling arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the heat sink ( 6 ) in a housing base of the component ( 9 ) is integrated. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Kühlkörper (6) mehrere elektrische Bauteile (9) angebracht sind.Cooling arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that on a heat sink ( 6 ) several electrical components ( 9 ) are mounted. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Bauteil (9) über mehrere Kühlkörper (6) mit der Trägerplatte (1) verbunden ist.Cooling arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that an electrical component ( 9 ) over several heatsinks ( 6 ) with the carrier plate ( 1 ) connected is.
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