DE102011079634A1

DE102011079634A1 - Device for cooling and method for its production and use of the device

Info

Publication number: DE102011079634A1
Application number: DE201110079634
Authority: DE
Inventors: Robert Goraj; Norbert Huber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-01-24
Also published as: EP2721912A1; WO2013013995A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung (1) zum Kühlen, deren Herstellung sowie deren Verwendung, welche einen Stapel (2) aus wenigstens zwei Platten (3, 4) jeweils mit Ausnehmungen (5) umfasst. Die wenigstens zwei Platten (3, 4) sind derart übereinander gestapelt, dass durch die Ausnehmungen (5) durchgehende Kühlkanäle für ein Kühlfluid ausgebildet sind. Die wenigstens zwei Platten (3, 4) mit Ausnehmungen (5) sind gewalzte Streckgitter (3, 4).The present invention relates to a device (1) for cooling, its manufacture and its use, which comprises a stack (2) of at least two plates (3, 4) each with recesses (5). The at least two plates (3, 4) are stacked on top of one another such that through the recesses (5) through cooling channels for a cooling fluid are formed. The at least two plates (3, 4) with recesses (5) are rolled expanded grids (3, 4).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen, deren Herstellung sowie deren Verwendung, welche einen Stapel aus wenigstens zwei Platten jeweils mit Ausnehmungen umfasst. Die wenigstens zwei Platten sind derart übereinander gestapelt, dass durch die Ausnehmungen durchgehende Kühlkanäle für ein Kühlfluid ausgebildet sind. The present invention relates to a device for cooling, its manufacture and its use, which comprises a stack of at least two plates each with recesses. The at least two plates are stacked on top of one another such that through the recesses continuous cooling channels are formed for a cooling fluid.

Elektrische Leistungskomponenten müssen in der Regel gekühlt werden, um die entstehende Verlustwärme dem System zu entziehen. Dadurch kann eine zulässige Maximaltemperatur im Inneren der Leistungskomponenten eingehalten werden. Das Einhalten der zulässigen Maximaltemperatur zu jedem Zeitpunkt ist wichtig für eine zuverlässige Funktionsweise und für eine lange Lebensdauer. Electrical power components usually need to be cooled to extract the resulting heat loss to the system. As a result, a permissible maximum temperature inside the power components can be maintained. Maintaining the maximum permissible temperature at all times is important for reliable operation and long life.

Typischerweise wird bei Kühlern das Kühlfluid durch Einbauten geführt und versucht eine große Oberfläche zum Kühlen zu erzeugen. Bei der Luftkühlung von elektrischen Leistungskomponenten, welche mittels erzwungener oder freier Konvektion erfolgen kann, werden Vorrichtungen zur Kühlung mit sehr feinen Strukturen benötigt, welche eine große überströmte Oberfläche aufweisen. Dies um so mehr, da der Wärmeübergang auf Luft oder andere Gasen im Vergleich zu Flüssigkeiten gering ist. Die dafür notwendigen feinen Strukturen sind in der Regel aufwendig zu fertigen und damit sehr teuer. Typically, in coolers, the cooling fluid is routed through internals and attempts to create a large surface area for cooling. In the air cooling of electrical power components, which can be done by forced or free convection, cooling devices with very fine structures are needed, which have a large overflow surface. All the more so because the heat transfer to air or other gases compared to liquids is low. The necessary fine structures are usually expensive to manufacture and thus very expensive.

Neben einer möglichst großen inneren Oberfläche der Vorrichtung zum Kühlen ist eine gute Wärmeleitung der Vorrichtung senkrecht zur Kontaktfläche zwischen elektrischer Leistungskomponente und Vorrichtung zum Kühlen notwendig, um eine gute Abführung der Wärme über z.B. Kühlrippen zu erreichen. In addition to the largest possible internal surface area of the device for cooling, a good heat conduction of the device perpendicular to the contact surface between the electrical power component and the device for cooling is necessary in order to ensure a good dissipation of the heat via e.g. To achieve cooling fins.

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zum Kühlen mit Luft bekannt, welche Platten mit Rippen und Finnen aufweisen. Diese sogenannten Pin-Fins sind speziell bei Luftkühlung mit einer großen Zahl sehr dünner Finnen ausgestattet, welche in der Regel senkrecht zur Kontaktfläche zwischen elektrischer Leistungskomponente und Pin-Fin angeordnet sind. Die Platten mit Rippen und Finnen erhöhen die Wärmeaustausch-Oberfläche zwischen der Vorrichtung zum Kühlen und z.B. der Umgebungsluft verglichen mit einer kompakten Kühlplatte z.B. aus Metall. From the prior art devices for cooling with air are known, which have plates with ribs and fins. These so-called pin-fins are specially equipped with air cooling with a large number of very thin fins, which are usually arranged perpendicular to the contact surface between the electrical power component and pin-fin. The plates with fins and fins increase the heat exchange surface between the device for cooling and e.g. the ambient air compared with a compact cooling plate e.g. made of metal.

Die Platten mit Rippen und Finnen sind in der Regel ebenfalls massiv aus einem Metall wie z.B. Aluminium ausgeführt. Dies führt zu einem hohen Gewicht der Vorrichtung zum Kühlen, einem hohen Materialverbrauch und Preis sowie erhöhte, aber nicht maximale Wärmeaustausch-Oberfläche zwischen der Vorrichtung zum Kühlen und z.B. der Umgebungsluft. Die Herstellung der feingliedrig ausgeführten Rippen und Finnen ist sehr aufwendig und teuer. The plates with ribs and fins are also usually made of a metal such as solid. Aluminum executed. This leads to a high weight of the device for cooling, a high material consumption and price as well as increased, but not maximum heat exchange surface between the device for cooling and e.g. the ambient air. The production of the finely executed ribs and fins is very complicated and expensive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Kühlen, deren Herstellung sowie deren Verwendung anzugeben, welche einen guten Wärmeübergang zwischen Kühlfluid, z.B. Luft oder Wasser, und zu kühlender Einrichtung, z.B. elektrischer Leistungskomponente, aufweist, bei geringem Herstellungsaufwand und -Kosten sowie verringertem Materialaufwand und Gewicht verglichen mit bekannten Pin-Fins. The object of the present invention is to provide a device for cooling, its manufacture and its use, which provide good heat transfer between cooling fluid, e.g. Air or water, and equipment to be cooled, e.g. electric power component, with low manufacturing cost and cost and reduced material cost and weight compared to known pin fins.

Die angegebene Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung zum Kühlen mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bezüglich des Verfahrens zum Herstellen der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und bezüglich der Verwendung der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. The stated object is achieved with respect to the device for cooling with the features of claim 1, with regard to the method for producing the device with the features of claim 13 and with respect to the use of the device with the features of claim 15.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kühlen und des Verfahrens zum Herstellen der Vorrichtung gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche untereinander und mit Merkmalen eines jeweils zugeordneten Unteranspruchs oder vorzugsweise auch mit Merkmalen mehrerer zugeordneter Unteransprüche kombiniert werden. Advantageous embodiments of the device according to the invention for cooling and the method for producing the device will become apparent from the respectively associated dependent subclaims. In this case, the features of the independent claims may be combined with each other and with features of a respectively associated subclaim or preferably also with features of several associated subclaims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen umfasst einen Stapel aus wenigstens zwei Platten jeweils mit Ausnehmungen. Die wenigstens zwei Platten sind derart übereinander gestapelt, dass durch die Ausnehmungen durchgehende Kühlkanäle für ein Kühlfluid ausgebildet sind. Die wenigstens zwei Platten mit Ausnehmungen sind gewalzte Streckgitter. Darunter ist zu verstehen, dass diese gewalzte Streckgitter umfassen und/oder identisch mit gewalzten Streckgittern sind. The cooling device according to the invention comprises a stack of at least two plates, each with recesses. The at least two plates are stacked on top of one another such that through the recesses continuous cooling channels are formed for a cooling fluid. The at least two plates with recesses are rolled expanded grids. By this is meant that these rolled expanded grids comprise and / or are identical to rolled expanded meshes.

Gewalzte Streckgitter sind einfach und günstig herstellbar. Im Gegensatz zu Platten mit heraus gestanzten Ausnehmungen fallen bei Streckgittern keine Abfallteile an. Bei Streckgittern werden in Platten schnell und einfach große Flächen durch Abscheren perforiert, wobei die Ausnehmungen als Perforation in den Platten entstehen. Im Gegensatz zu Platten mit Rippen und Finnen weist ein Stapel aus gewalzten Streckgittern eine größere Oberfläche auf, über welche ein Wärmeaustausch mit einem Kühlfluid, z.B. Luft, erfolgen kann. Das Gewicht und verbrauchte Material ist bei vergrößerter Oberfläche geringer. Die Kosten und der Aufwand zur Herstellung sind ebenfalls geringer. Rolled expanded metal mesh are easy and inexpensive to produce. In contrast to plates with punched-out recesses fall with expanded metal no waste parts. In expanded metal panels, large surfaces are quickly and easily perforated by shearing, whereby the recesses are formed as perforations in the panels. In contrast to plates with fins and fins, a stack of rolled expanded meshes has a larger surface area over which a heat exchange with a cooling fluid, e.g. Air, can be done. The weight and material consumed is lower with increased surface area. The cost and the cost of production are also lower.

Die Vorrichtung kann wenigstens eine Grundplatte umfassen. Über die Grundplatte kann der Stapel aus wenigstens zwei Platten jeweils mit Ausnehmungen mechanisch und thermisch an der zu kühlenden Einrichtung, wie z.B. der elektrischen Leistungskomponente bzw. -Bauteil, befestigt sein. Über eine Oberfläche der Grundplatte wird in diesem Fall die Kontaktfläche zwischen der zu kühlenden Einrichtung und der Vorrichtung zum Kühlen gebildet. The device may comprise at least one base plate. About the base plate of the Stack of at least two plates each with recesses mechanically and thermally to the device to be cooled, such as the electrical power component or component, be attached. In this case, the contact surface between the device to be cooled and the device for cooling is formed over a surface of the base plate.

Die wenigstens zwei Platten können untereinander und/oder mit der Grundplatte metallisch verbunden sein. Alternativ sind auch Verbindungen über z.B. thermische Leitkleber möglich. The at least two plates may be metallically connected with each other and / or with the base plate. Alternatively, compounds via e.g. Thermal conductive adhesive possible.

Vorteil einer metallischen Verbindung ist die hohe mechanische und thermische Stabilität und der gute Wärmeübergang über eine solche Verbindung. Die metallische Verbindung kann eine Lötverbindung, eine Hartlötverbindung und/oder eine Schweißverbindung sein. The advantage of a metallic connection is the high mechanical and thermal stability and the good heat transfer via such a connection. The metallic compound may be a solder joint, a braze joint and / or a welded joint.

Die wenigstens zwei Platten können mit ihrer Plattenebene senkrecht zur Plattenebene der Grundplatte angeordnet sein. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft bei Luftkühlung, mit einer Strömungsrichtung der Luft parallel zur Kontaktfläche zwischen der zu kühlenden Einrichtung und der Vorrichtung zum Kühlen. Die wenigstens zwei Platten können alternativ mit ihrer Plattenebene parallel zur Plattenebene der Grundplatte angeordnet sein. Dies ist vorteilhaft bei Kühlung mit Wasser. Durch die Anordnungen werden jeweils große Verwirbelungen des Kühlfluids an den Platten erreicht und damit ein guter Wärmeübergang von den Platten auf das Kühlfluid. The at least two plates can be arranged with their plane perpendicular to the plate plane of the base plate. This arrangement is particularly advantageous in air cooling, with a flow direction of the air parallel to the contact surface between the device to be cooled and the device for cooling. The at least two plates may alternatively be arranged with their plate plane parallel to the plate plane of the base plate. This is advantageous when cooling with water. The arrangements in each case large turbulence of the cooling fluid is achieved at the plates and thus a good heat transfer from the plates to the cooling fluid.

Die Ausnehmungen der wenigstens zwei Platten können gleiche Muster ausbilden. Insbesondere können gleiche regelmäßige Muster mit konstantem Abstand zwischen benachbarten Ausnehmungen entlang einer Richtung in der Plattenebene ausgebildet sein. Diese Muster sind besonders einfach und kostengünstig mit Streckgittern herstellbar, die durch nachträgliches Überwalzen die Ebenheit des ursprünglichen Bleches erhalten. The recesses of the at least two plates can form identical patterns. In particular, equal regular patterns may be formed with constant spacing between adjacent recesses along a direction in the plane of the plate. These patterns are particularly simple and inexpensive to produce with expanded metal mesh, which obtained by subsequent over-rolling the flatness of the original sheet.

Die wenigstens zwei Platten können derart übereinander angeordnet sein, dass die Muster von benachbarten Platten gegeneinander verschoben sind, um den halben Abstand zwischen benachbarten Ausnehmungen entlang einer Richtung in der Plattenebene. Dadurch werden Kühlkanäle entlang der Plattenebene über die Ausnehmungen gebildet, welche durchgängig durch den Plattenstapel und entlang der Plattenebene fluidisch durchströmbar sind, und eine große Austauschfläche zwischen den Platten und dem Kühlfluid sicher stellen. The at least two plates may be stacked such that the patterns of adjacent plates are offset from one another by half the distance between adjacent recesses along a direction in the plane of the plate. As a result, cooling channels are formed along the plane of the plate via the recesses, which can be flowed through fluidically through the plate stack and along the plate plane, and ensure a large exchange area between the plates and the cooling fluid.

Der Stapel kann wenigstens drei Platten mit Ausnehmungen aufweisen, wobei die wenigstens drei Platten derart übereinander angeordnet sind, dass die Muster von benachbarten Platten gegeneinander jeweils um einen Abstand verschoben sind, welcher sich unregelmäßig oder gar nicht wiederholt. Diese Anordnung von Platten übereinander ist besonders einfach herstellbar, da keine Ausrichtung der Ausnehmungen benachbarter Platten gegeneinander notwendig ist. Nachteilig gegenüber der zuvor beschriebenen Variante ist jedoch, dass der Durchmesser der Kühlkanäle unter Umständen nicht genau definiert bzw. gleich über die Vorrichtung entlang der Plattenebene ist. Dies kann zu ungleichmäßigen Strömungsverhältnissen und somit auch Temperaturverteilungen, wegen unterschiedlichem Wärmeaustausch führen, und es kann zu einer erhöhten Abnutzung im Falle von Kühlung mit Kühlfluiden mit Partikeln führen, wenn die Partikel erhöhte Geschwindigkeiten an Verengungen aufweisen und zu einem Materialabtrag führen. The stack may comprise at least three plates with recesses, wherein the at least three plates are arranged one above the other in such a way that the patterns of adjacent plates are shifted from each other by a distance which is irregular or not repeated. This arrangement of plates one above the other is particularly easy to produce, since no alignment of the recesses of adjacent plates against each other is necessary. However, a disadvantage over the variant described above is that the diameter of the cooling channels may not be precisely defined or equal over the device along the plane of the plate. This can lead to non-uniform flow conditions, and thus also temperature distributions, due to differential heat exchange, and can lead to increased wear in the case of cooling with cooling fluids with particles if the particles have increased rates of constriction and lead to material removal.

Die Platten können derart übereinander angeordnet sein, dass die Muster von benachbarten Platten gegeneinander um einen Winkel Beta verdreht sind, insbesondere um einen Winkel N mal Beta, wobei N die durchnummerierte Zahl der N-ten Platte im Stapel ist. Der Winkel Beta kann z.B. einen Wert gleich oder im Bereich von 90° aufweisen. Die Verdrehung von Platten bzw. deren Mustern gegeneinander kann die gleichen Vorteile aufweisen, wie zuvor für eine Verschiebung der Muster der Platten gegeneinander beschrieben. Mit N ist die natürliche Zahl wiedergegeben, welche angibt die wievielte Platte im Plattenstapel von z.B. der ersten Platte in Kontakt mit einer Grundplatte aus gerechnet, die N-te Platte darstellt. The plates may be stacked such that the patterns of adjacent plates are rotated relative to one another by an angle beta, in particular by an angle N times beta, where N is the numbered number of the Nth plate in the stack. The angle beta can e.g. have a value equal to or in the range of 90 °. The rotation of plates or their patterns against each other can have the same advantages as previously described for a displacement of the patterns of the plates against each other. N represents the natural number which indicates the number of plates in the plate stack of e.g. calculated from the first plate in contact with a base plate representing the Nth plate.

Die Form der Ausnehmungen der wenigstens zwei Platten kann gleich sein. Dies macht eine einfache Herstellung mit einem Streckgitterwerkzeug möglich. Die Form der Ausnehmungen kann insbesondere im Wesentlichen die Form eines Parallelogramms aufweisen. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass bei einem Parallelogramm jeweils zwei parallele Geraden zwei weitere parallele Geraden schneiden, und dabei einen spitzen Winkel Alpha einschließen. Jedoch kann produktionstechnisch oder gewollt der Winkel nicht spitz sein, sondern abgerundet in Form eines Kreisradiusausschnitts oder ein gerades Stück einschließen, mit einer Länge H. Der Winkel Alpha zwischen Schenkeln des Parallelogramms kann im Bereich von 91° bis 170° liegen. Der Abstand P der Mittelpunkte von benachbarten Ausnehmungen kann im Bereich von 5 bis 70 mm liegen, wobei mit Mittelpunkt der Schnittpunkt der Diagonalen in einem Parallelogramm bezeichnet ist. Der Abstand B von benachbarten Begrenzungen von zwei benachbarten Ausnehmungen kann im Bereich von 0.4 mal P, insbesondere mit einem Wert des Abstands B im Bereich von 1 bis 10 mm liegen. Mit Abstand B ist die kleinste Breite von Stegen in einer Ebene zwischen Ausnehmungen bezeichnet, welche beim Walzen vom Plattenmaterial übrig bleiben. Der Abstand H von zwei Schenkeln des Parallelogramms kann im Bereich kleiner 0.1 mal P, insbesondere im Bereich 5 bis 20 mm liegen. The shape of the recesses of the at least two plates may be the same. This makes a simple production possible with an expanded metal tool. The shape of the recesses may, in particular, essentially have the shape of a parallelogram. In essence, this means that, in the case of a parallelogram, two parallel straight lines intersect two further parallel straight lines, and include an acute angle alpha. However, in terms of production or intentional, the angle may not be acute, but may include rounded in the form of a circular radius cut or a straight piece with a length H. The angle alpha between legs of the parallelogram may be in the range of 91 ° to 170 °. The distance P of the centers of adjacent recesses may be in the range of 5 to 70 mm, wherein the midpoint is the intersection of the diagonal in a parallelogram. The distance B of adjacent boundaries of two adjacent recesses may be in the range of 0.4 times P, in particular with a value of the distance B in the range of 1 to 10 mm. At a distance B is the smallest width of webs in a plane between recesses referred to, which remain when rolling from the plate material. The distance H of two legs of the parallelogram can be in the range of less than 0.1 times P, in particular in the range of 5 to 20 mm.

Die Form der Ausnehmungen der wenigstens zwei Platten kann auch eine kreisrunde Form aufweisen. Dabei kann der Abstand P der Mittelpunkte von benachbarten Ausnehmungen im Bereich von 5 bis 70 mm liegen. Ein Mittelpunkt ist bei einer kreisrunden Ausnehmung durch den Kreismittelpunkt gegeben. Der Abstand B von benachbarten Begrenzungen von zwei benachbarten Ausnehmungen kann im Bereich von 0.4 mal P, insbesondere mit einem Wert des Abstands B im Bereich von 1 bis 10 mm liegen. The shape of the recesses of the at least two plates may also have a circular shape. In this case, the distance P of the centers of adjacent recesses may be in the range of 5 to 70 mm. A center is given by a circular recess through the center of the circle. The distance B of adjacent boundaries of two adjacent recesses may be in the range of 0.4 times P, in particular with a value of the distance B in the range of 1 to 10 mm.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer zuvor beschriebenen Vorrichtung umfasst, dass die Ausnehmungen in den Streckgittern jeweils durch lokales Abscheren erzeugt werden. Dabei können die Stege zwischen den Ausnehmungen in der Plattenebene flachgewalzt werden. Beim Abscheren können sich die Stege senkrecht zur Plattenebene aufstellen. Dies kann die Anordnung der Platten als Stapel mit kleinen Berührpunkten begrenzen, was den Wärmetransport quer zu den Platten behindert. Um solche Probleme zu reduzieren oder auszuschließen kann ein Bearbeitungsschritt Flachwalzen sinnvoll sein. The method according to the invention for producing a device described above comprises that the recesses in the expanded gratings are respectively produced by local shearing. The webs between the recesses in the plate plane can be flat-rolled. When shearing, the webs can be set up perpendicular to the plate plane. This can limit the arrangement of the plates as stacks with small points of contact, hindering the transport of heat across the plates. In order to reduce or eliminate such problems, a processing step of flat rolling can be useful.

Eine erfindungsgemäße Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung oder einer nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellten Vorrichtung kann umfassen, dass zur Kühlung ein Fluid Luft oder Wasser durch die Kühlkanäle strömt. Bei Verwendung von Luft als Kühlfluid, welche durch die wenigstens zwei Platten strömt, ist es vorteilhaft die Platten mit ihrer Plattenebene senkrecht zur Plattenebene der Grundplatte anzuordnen. Die Luft kann dann günstiger Weise parallel zur Plattenebene strömen. Bei Verwendung von Wasser als Kühlfluid, welches durch die wenigstens zwei Platten strömt, ist es vorteilhaft die Platten mit ihrer Plattenebene parallel zur Plattenebene der Grundplatte anzuordnen. Das Wasser kann dann günstiger Weise ebenfalls parallel zur Plattenebene strömen und viel Plattenfläche überstreichen. Dadurch ist ein hoher Wärmeaustausch zwischen Kühlfluid und Platten und somit der zu kühlenden Einrichtung sicher gestellt. A use according to the invention of the device described above or of a device produced according to the method described above can comprise that, for cooling purposes, a fluid flows air or water through the cooling channels. When using air as cooling fluid, which flows through the at least two plates, it is advantageous to arrange the plates with their plate plane perpendicular to the plane of the plate of the base plate. The air can then flow conveniently parallel to the plate plane. When using water as cooling fluid, which flows through the at least two plates, it is advantageous to arrange the plates with their plate plane parallel to the plate plane of the base plate. The water can then also conveniently flow parallel to the plate plane and sweep a lot of plate area. As a result, a high heat exchange between the cooling fluid and plates and thus the device to be cooled is ensured.

Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung und für deren Verwendung ergeben sich die vorstehend erwähnten, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbundenen Vorteile. For the inventive method for producing the device and for its use, the above-mentioned, associated with the inventive device advantages.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der folgenden Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Preferred embodiments of the invention with advantageous developments according to the features of the dependent claims are explained in more detail with reference to the following figures, but without being limited thereto.

Es zeigen: Show it:

1 eine Aufsicht auf eine Platte 3 mit parallelogrammförmigen Ausnehmungen 5 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Kühlen, und 1 a top view on a plate 3 with parallelogram-shaped recesses 5 a device according to the invention 1 for cooling, and

2 eine schematische Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Kühlen, mit den Platten des Plattenstapels 2 senkrecht zur Grundplatte 6 angeordnet, und 2 a schematic sectional view through an embodiment of a device according to the invention 1 for cooling, with the plates of the plate stack 2 perpendicular to the base plate 6 arranged, and

3 eine schematische Schnittansicht durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Kühlen, mit den Platten des Plattenstapels 2 parallel zur Grundplatte 6 angeordnet, und 3 a schematic sectional view through a further embodiment of a device according to the invention 1 for cooling, with the plates of the plate stack 2 parallel to the base plate 6 arranged, and

4 eine Schrägansicht auf zwei Platten 3, 4 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Kühlen entsprechend dem Ausführungsbeispiels der 2, und 4 an oblique view of two plates 3 . 4 a device according to the invention 1 for cooling according to the embodiment of 2 , and

5 eine Aufsicht auf die Anordnung der zwei Platten 3, 4 entsprechend der 4. 5 a view of the arrangement of the two plates 3 . 4 according to the 4 ,

1 zeigt eine Aufsicht auf eine Platte 3 mit im Wesentlichen parallelogrammförmigen Ausnehmungen 5 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Kühlen. Die Platte 3 ist ein gewalztes Streckgitter mit durch Abscheren hergestellten Stegen 9 und Ausnehmungen 5, wobei die Stege 9 flachgewalzt sind und in einer Plattenebene liegen. Die Plattenebene ist in 1 die Zeichnungsebene. Im Weiteren werden die Begriffe Streckgitter und Platte 3, 4 äquivalent gebraucht. Das Streckgitter 3 kann z.B. aus einem Metallblech, wie einem Aluminiumblech, einem Stahlblech, einem verzinktem Blech oder einem CuNiFe-Blech hergestellt sein. 1 shows a view of a plate 3 with substantially parallelogram-shaped recesses 5 a device according to the invention 1 for cooling. The plate 3 is a rolled expanded metal with webs produced by shearing 9 and recesses 5 , where the webs 9 are flat rolled and lie in a plate plane. The disk plane is in 1 the drawing plane. In the following, the terms expanded grid and plate 3 . 4 used equivalently. The expanded metal mesh 3 For example, it may be made of a metal sheet such as an aluminum sheet, a steel sheet, a galvanized sheet or a CuNiFe sheet.

Das Blech weist üblicherweise eine in 1 nicht dargestellte Dicke im Bereich von einigen mm auf. Die Ausnehmungen 5 sind gleich in ihrer Form und ergeben ein regelmäßiges Muster, welches sich durch die Parallelogramm-Form und den Abstand P der Mittelpunkte der Ausnehmungen 5 voneinander ergibt. Ein Mittelpunkt eines Parallelogramms ergibt sich durch den Schnittpunkt der Diagonalen des Parallelogramms, welche die Eckpunkte jeweils miteinander verbinden. Der Abstand P der Mittelpunkte von benachbarten Ausnehmungen liegt im Bereich von 5 bis 70 mm, z.B. 5 mm. Die Stege 9 weisen eine Breite B im Bereich von 0.4 mal P auf, insbesondere 1 bis 10 mm. Bei einem Wert P gleich 5 mm ergibt sich ein Wert B von 2 mm. The sheet usually has an in 1 not shown thickness in the range of a few mm. The recesses 5 are equal in shape and give a regular pattern, which is due to the parallelogram shape and the distance P of the centers of the recesses 5 from each other. A center point of a parallelogram results from the intersection of the diagonal of the parallelogram, which connect the vertices together. The distance P of the centers of adjacent recesses is in the range of 5 to 70 mm, for example 5 mm. The bridges 9 have a width B in the range of 0.4 times P, in particular 1 to 10 mm. At a value P equal to 5 mm results in a value B of 2 mm.

Im Ausführungsbeispiel der 1 sind die Ausnehmungen 5 nur im Wesentlichen parallelogrammförmig. An zwei sich gegenüberliegenden Schnittpunkten 10, 10’ einer Ausnehmung 5 ist keine Spitze gebildet, sondern ein gerader Bereich der Länge H eingefügt, welcher parallel einer Diagonalen des Parallelogramms ist. Der gerade Bereich schließt mit dem benachbarten Schenkel des Parallelogramms einen Winkel Alfa ein, welcher im Bereich von 91° bis 170° liegt. Im Ausführungsbeispiel der 1 beträgt der Winkel Alpha 170°. Der gerade Bereich weist einen Wert H von 0.1 mal P auf, insbesondere im Bereich 5 bis 20 mm. Bei einem Wert P von 5 mm ist H gleich 0.5 mm. Die zwei anderen sich gegenüberliegenden Schnittpunkte 11, 11’ sind spitz ausgebildet, ohne geraden Bereich. In the embodiment of 1 are the recesses 5 only substantially parallelogram-shaped. At two opposite intersections 10 . 10 ' a recess 5 is not one Formed tip, but a straight portion of length H is inserted, which is parallel to a diagonal of the parallelogram. The straight area encloses an angle Alfa with the adjacent leg of the parallelogram, which lies in the range of 91 ° to 170 °. In the embodiment of 1 the angle Alpha is 170 °. The straight region has a value H of 0.1 times P, in particular in the range 5 up to 20 mm. At a value P of 5 mm, H is equal to 0.5 mm. The two other opposite intersections 11 . 11 ' are pointed, without a straight area.

In 1 ist der Übersichtlichkeit halber keine zweite Platte 4 des Plattenstapels 2 eingezeichnet. Die zweite Platte 4 kann aber unter der ersten Platte 3 angeordnet sein, mit einem Muster um den Winkel Beta gedreht, wobei Beta insbesondere 90° beträgt. Dies bedeutet, dass das Parallelogramm, welches durch die Ausnehmung 5 der darunter liegenden Platte 4 gegeben ist, um 90° gegenüber der Ausnehmung 5 der ersten Platte 3 gedreht ist. In 1 is not a second plate for clarity 4 of the disk stack 2 located. The second plate 4 but can be under the first plate 3 be arranged with a pattern rotated by the angle beta, with beta in particular 90 °. This means that the parallelogram, which passes through the recess 5 the underlying plate 4 is given by 90 ° with respect to the recess 5 the first plate 3 is turned.

In der 2 ist eine schematische Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Kühlen dargestellt, mit mehreren der zuvor beschriebenen Platten 3 in einem Plattenstapel 2 angeordnet. Die Platten 3, 4 sind senkrecht zur einer Grundplatte 6 angeordnet. Die Streckgitter bzw. Platten 3, 4 sind mit ihrer Plattenebene, welche in 1 der Zeichnungsebene entspricht, senkrecht zur Grundplatte 6 und zur Zeichnungsebene der 2 angeordnet bzw. dargestellt. In the 2 is a schematic sectional view through an embodiment of a device according to the invention 1 shown for cooling, with several of the previously described plates 3 in a plate stack 2 arranged. The plates 3 . 4 are perpendicular to a base plate 6 arranged. The expanded metal or plates 3 . 4 are with their plate plane, which in 1 corresponds to the plane of the drawing, perpendicular to the base plate 6 and to the drawing plane of 2 arranged or represented.

Die Plattenebene der Grundplatte 6, welche senkrecht zur Zeichnungsebene in 2 ist, stellt auf der der Kontaktfläche zwischen dem Plattenstapel 2 und der Grundplatte 6 entgegen gesetzten Seite 12 die Kontaktfläche zu der zu kühlenden Einrichtung dar. Parallel zu dieser Fläche strömt das Kühlfluid, z.B. Luft durch den Plattenstapel 2 aus Streckgittern. Die Streckgitter des Plattenstapels 2 sind mechanisch und thermisch mit der gegenüberliegenden Seite zur Seite 12 der Grundplatte 6 verbunden. Diese Verbindung kann durch Löten, Hartlöten, oder Schweißen metallisch erfolgen, wodurch ein guter Wärmeübergang über die Verbindung gegeben ist. The plate plane of the base plate 6 which is perpendicular to the plane of the drawing in 2 is, places on the contact surface between the plate stack 2 and the base plate 6 opposite side 12 the contact surface to the device to be cooled. Parallel to this surface flows the cooling fluid, such as air through the plate stack 2 made of expanded metal. The expanded mesh of the plate stack 2 are mechanical and thermal with the opposite side to the side 12 the base plate 6 connected. This connection can be made by soldering, brazing, or welding metallic, whereby a good heat transfer through the connection is given.

Die Kühlfluidströmung 8 durchströmt den Stapel 2 von Streckgittern, wobei je nach Anordnung der Streckgitter bzw. Platten 3, 4 übereinander, die Strömung verwirbelt erfolgt. Übereinander ist in diesem Zusammenhang zu verstehen in einer Richtung parallel der Oberfläche 12. Je nach Anordnung wird eine Fläche der Streckgitter 3, 4 mit Kühlfluid überstrichen und es findet ein Wärmeaustausch von der zu kühlenden Einrichtung, über die Grundplatte 6, den Streckgittern des Stapels 2 zu dem Kühlfluid statt. Dadurch erfolgt ein Abtransport von Wärme, d.h. eine Kühlung der zu kühlenden Einrichtung. The cooling fluid flow 8th flows through the stack 2 of expanded metal, wherein depending on the arrangement of the expanded metal or plates 3 . 4 on top of each other, the flow is swirling. On top of each other is to be understood in this context in a direction parallel to the surface 12 , Depending on the arrangement, an area of the expanded metal mesh 3 . 4 covered with cooling fluid and there is a heat exchange from the device to be cooled, on the base plate 6 , the expanded metal mesh of the pile 2 to the cooling fluid instead. This results in a removal of heat, ie a cooling of the device to be cooled.

In 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Kühlen entsprechend der 2 dargestellt, nur mit einem Plattenstapel 2 mit einer Richtung der Stapelung senkrecht zur Ebene der Grundplatte 6. Diese Anordnung wird bevorzugt mit einem flüssigen Kühlfluid wie z.B. Wasser betrieben, kann aber auch mit einem gasförmigen Kühlfluid wie z.B. Luft betrieben werden. In 3 is a device according to the invention 1 for cooling according to the 2 shown, only with a plate stack 2 with a direction of stacking perpendicular to the plane of the base plate 6 , This arrangement is preferably operated with a liquid cooling fluid such as water, but can also be operated with a gaseous cooling fluid such as air.

In 3 sind die Platten 3, 4 des Plattenstapels 2 mit ihrer Plattenebene, wie sie in 1 als Zeichenebene dargestellt ist, parallel zur Grundplatte 6 angeordnet. Bei einer Kühlfluidströmung 8 parallel zur Plattenebene sowohl der Streckgitter 3, 4, als auch der Grundplatte 6, erfolgt ein guter Wärmeübergang von der zu kühlenden Einrichtung, über die Grundplatte 12, den Streckgittern des Stapels 2 zu dem Kühlfluid. Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, werden im Ausführungsbeispiel der 3 die gestapelten Streckgitter 3, 4 nicht senkrecht sondern wagerecht angeströmt bzw. überströmt. Je nach Fluidart und – Geschwindigkeit sowie benötigter Kühlleistung ist eine Vorrichtung nach 2 oder 3 zu wählen. In 3 are the plates 3 . 4 of the disk stack 2 with their plate plane, as in 1 is shown as a drawing plane, parallel to the base plate 6 arranged. At a cooling fluid flow 8th parallel to the plate plane of both the expanded metal 3 . 4 , as well as the base plate 6 , there is a good heat transfer from the device to be cooled, on the base plate 12 , the expanded metal mesh of the pile 2 to the cooling fluid. Unlike the in 2 illustrated embodiment, are in the embodiment of 3 the stacked expanded metal mesh 3 . 4 not perpendicular but flowed dariously or overflowed. Depending on the fluid type and - speed and required cooling capacity is a device according to 2 or 3 to choose.

In 4 ist eine Schrägansicht auf zwei Platten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Kühlen entsprechend dem Ausführungsbeispiels der 2 im Detail dargestellt. Die Fluidströmung 8 ist senkrecht zur Plattenebene 3, 4. Die Platten 3, 4 sind senkrecht zur Plattenebene der Grundplatte 6 an dieser mechanisch und thermisch leitend befestigt. In 4 ist die Grundplatte 6 in einem Längsschnitt dargestellt. Die Streckgitter 3, 4 mit ihren Mustern der Ausnehmungen 5 sind gegeneinander verschoben übereinander angeordnet. In 4 is an oblique view of two plates of a device according to the invention 1 for cooling according to the embodiment of 2 shown in detail. The fluid flow 8th is perpendicular to the plate plane 3 . 4 , The plates 3 . 4 are perpendicular to the plate plane of the base plate 6 attached to this mechanically and thermally conductive. In 4 is the base plate 6 shown in a longitudinal section. The expanded metal mesh 3 . 4 with their patterns of recesses 5 are stacked against each other.

In 5 ist der besseren Übersichtlichkeit wegen eine Aufsicht auf diese Anordnung mit ihren Bemaßungen dargestellt. Das Streckgitter 3 ist derart verschoben gegen das Muster der Ausnehmungen 5 des Streckgitters 4 angeordnet, dass die Verschiebung einer Länge 1/2 P entspricht, d.h. bei P gleich 5 mm einen Wert 2.5 mm aufweist, in eine Richtung senkrecht zur Ebene der Grundplatte 6. Das darüber angeordnete, in 5 nicht dargestellte Streckgitter des Stapels 2, kann mit seinem Muster um den gleichen Wert in gleicher oder in entgegen gesetzter Richtung verschoben sein. Es ergibt sich das gleiche Gesamtmuster im Aufblick. Eine Stapelung der weiteren Streckgitter im Stapel 2 erfolgt analog. In 5 For the sake of clarity, a plan view of this arrangement with its dimensions is shown. The expanded metal mesh 3 is so shifted against the pattern of the recesses 5 of the expanded metal 4 arranged such that the displacement of a length corresponds to 1/2 P, ie at P equal to 5 mm has a value 2.5 mm, in a direction perpendicular to the plane of the base plate 6 , The arranged above, in 5 not shown expanded grid of the stack 2 , may be shifted with its pattern by the same value in the same or in the opposite direction. The result is the same overall pattern at a glance. A stacking of the other expanded mesh in the stack 2 takes place analogously.

Es sind je nach Bedarf auch andere Stapelungen denkbar, wie zuvor beschrieben auch mit Drehung und/oder unregelmäßiger Verschiebung von Streckgittermustern gegeneinander. Je nach gewünschten Strömungsverhältnissen, welche die Kühlungseigenschaften der Vorrichtung ergeben, ist eine Anordnung der Streckgitter 3, 4 im Stapel 2 vorzunehmen. Es sind auch Anordnungen denkbar, bei welchen die Streckgitter 3, 4 auf der Grundplatte mit einem Winkel ungleich Null oder 90° zwischen Streckgitterebene und Grundplattenebene angeordnet werden. Die zuvor beschriebenen Beispiele sollen die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Kühlung nicht beschränken, sondern erläutern, und sind auch in Kombination untereinander sowie mit dem Stand der Technik anwendbar. So können die Ausnehmungen 5 statt kreisrunder Form oder der Form von Parallelogrammen auch andere beliebige Formen aufweisen. Depending on requirements, other types of stacking are also conceivable, as described above, with rotation and / or irregular displacement of expanded mesh patterns relative to one another. Depending on the desired flow conditions, which give the cooling properties of the device, is an arrangement of the expanded metal mesh 3 . 4 in the pile 2 make. Arrangements are also conceivable in which the expanded metal mesh 3 . 4 be arranged on the base plate at an angle not equal to zero or 90 ° between the expanded metal plane and the base plate plane. The examples described above are intended to the device according to the invention 1 not for cooling, but to explain, and are also applicable in combination with each other and with the prior art. So can the recesses 5 instead of circular shape or the shape of parallelograms have any other shapes.

Claims

Contraption ( 1 ) for cooling, which a stack ( 2 ) from at least two plates ( 3 . 4 ) each with recesses ( 5 ), wherein the at least two plates ( 3 . 4 ) are stacked on top of one another such that through the recesses ( 5 ) through cooling channels are formed for a cooling fluid, characterized in that the at least two plates ( 3 . 4 ) with recesses ( 5 ) rolled expanded grids ( 3 . 4 ) are.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that at least one base plate ( 6 ) is included.

Contraption ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the at least two plates ( 3 . 4 ) with each other and / or with the base plate ( 6 ) are metallically connected.

Contraption ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the metallic compound is a solder joint, a brazed joint and / or a welded joint.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the at least two plates ( 3 . 4 ) with its plane perpendicular to the plate plane of the base plate ( 6 ) are arranged.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the at least two plates ( 3 . 4 ) with its plane parallel to the plate plane of the base plate ( 6 ) are arranged.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the recesses ( 5 ) of the at least two plates ( 3 . 4 ) form identical patterns, in particular equal regular patterns with constant spacing P between adjacent recesses ( 5 ) along a direction in the plate plane.

Contraption ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the at least two plates ( 3 . 4 ) are arranged one above the other in such a way that the patterns of adjacent plates ( 3 . 4 ) are shifted from each other by half the distance P between adjacent recesses ( 5 ) along a direction in the plate plane.

Contraption ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the stack ( 2 ) at least three plates ( 3 . 4 ) with recesses ( 5 ), wherein the at least three plates ( 3 . 4 ) are arranged one above the other in such a way that the patterns of adjacent plates ( 3 . 4 ) are each shifted by a distance, which is irregular or not repeated.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 7 to 9, characterized in that the plates ( 3 . 4 ) are arranged one above the other in such a way that the patterns of adjacent plates ( 3 . 4 ) are mutually rotated by an angle beta, in particular by an angle N times beta, where N is the numbered number of the Nth plate in the stack ( 2 ), in particular wherein the angle beta has a value in the range of 90 °.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the shape of the recesses ( 5 ) of the at least two plates ( 3 . 4 ) is equal, in particular substantially with a shape of a parallelogram, in particular with an angle alpha between legs of the parallelogram in the range of 91 ° to 170 °, and / or with a distance P of the centers of adjacent recesses ( 5 ) in the range of 5 to 70 mm, and / or with a distance B from adjacent boundaries of two adjacent recesses ( 5 ) in the range of 0.4 times P, in particular with a value of the distance B in the range of 1 to 10 mm, and / or with a distance H of two legs of the parallelogram in the range less than 0.1 times P, in particular in the range 5 to 20 mm.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the shape of the recesses ( 5 ) of the at least two plates ( 3 . 4 ) is in each case the same, with a circular shape, in particular with a distance P of the centers of adjacent recesses ( 5 ) in the range of 5 to 70 mm, and / or with a distance B from adjacent boundaries of two adjacent recesses ( 5 ) in the range of 0.4 times P, in particular with a value of the distance B in the range of 1 to 10 mm.

Method for producing a device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the recesses ( 5 ) in the expanded metal mesh ( 3 . 4 ) are each generated by local shearing.

Method according to claim 13, characterized in that webs ( 9 ) between the recesses ( 5 ) are rolled flat in the plate plane.

Use of the device ( 1 ) according to one of claims 1 to 12 or a device produced by the method according to one of claims 13 or 14 ( 1 ), characterized in that for cooling a fluid air or water flows through the cooling channels, in particular that air through the at least two plates ( 3 . 4 ) with its plane perpendicular to the plate plane of the base plate ( 6 ) or that water passes through the at least two plates ( 3 . 4 ) with its plane parallel to the plate plane of the base plate ( 6 ) arranged flows.