DE102011119755A1

DE102011119755A1 - Cooling device for cooling power electronic component, has cooling channel for guiding cooling fluid from inlet opening along interface to discharge opening, which is formed between displacement element and interfaces of heat sink

Info

Publication number: DE102011119755A1
Application number: DE201110119755
Authority: DE
Inventors: Andreas Schreck; Helmut Kunkel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-05-29

Abstract

The cooling device (102) has a heat sink having several interfaces and cavity.The interfaces are contacted with the to-be-cooled thermal units (104). The cavity is formed to receive and conduct a cooling fluid from an inlet opening of the heat sink to a discharge opening of the heat sink. A displacement element is arranged within the cavity. A cooling channel for guiding the cooling fluid from the inlet opening along the interface to the discharge opening, is formed between the displacement element and interfaces.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Anzahl von zu kühlenden Einheiten sowie auf ein Kühlsystem.The present invention relates to a cooling device for cooling a number of units to be cooled and to a cooling system.

Eine herkömmliche Kühlvorrichtung für mehrere zu kühlende Einheiten, beispielsweise Leistungselektronik-Bauteile, weist Verteiler und Sammler für ein Kühlfluid auf, um die zu kühlenden Einheiten gleichmäßig zu kühlen. Beispielsweise sind ein Verteiler und ein Sammler erforderlich, um das Kühlfluid durch eine Mehrzahl von Kanälen einer Kühlplatte zu führen.A conventional cooling device for a plurality of units to be cooled, for example power electronics components, has distributors and collectors for a cooling fluid in order to uniformly cool the units to be cooled. For example, a manifold and a header are required to guide the cooling fluid through a plurality of channels of a cooling plate.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Anzahl von zu kühlenden Einheiten sowie ein verbessertes Kühlsystem zu schaffen.It is the object of the present invention to provide an improved cooling device for cooling a number of units to be cooled as well as an improved cooling system.

Diese Aufgabe wird durch eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Anzahl von zu kühlenden Einheiten sowie ein Kühlsystem gemäß den Hauptansprüchen gelöst.This object is achieved by a cooling device for cooling a number of units to be cooled as well as a cooling system according to the main claims.

Ein Kühlkörper kann einen überdimensionierten Hohlraum für ein Kühlfluid aufweisen, um den herum die zu kühlenden Einheiten auf Wänden des Kühlkörpers angeordnet werden können. Ein Fluidvolumen des Hohlraums kann mittels eines Verdrängungskörpers im Hohlraum verkleinert werden. Durch den Verdrängungskörper können zwischen den Wänden und dem Verdrängungskörper Kühlkanäle ausgebildet sein, durch die das Kühlfluid mit einer erhöhten Geschwindigkeit strömen kann, um den Wärmeübergang zwischen den zu kühlenden Einheiten oder den Wänden des Kühlkörpers zu verbessern.A heat sink may have an oversized cavity for a cooling fluid about which the units to be cooled may be placed on walls of the heat sink. A fluid volume of the cavity can be reduced by means of a displacement body in the cavity. By the displacement body can be formed between the walls and the displacement body cooling channels through which the cooling fluid can flow at an increased speed in order to improve the heat transfer between the units to be cooled or the walls of the heat sink.

Vorteilhafterweise kann durch eine Kombination eines Kühlkörpers mit einem Verdrängungskörper in einem kleinen Bauraum eine kostengünstige und mechanisch einfache Kühlvorrichtung geschaffen werden, die ohne aufwändige Verteilersysteme eine gute Kühlleistung ermöglicht.Advantageously, a cost-effective and mechanically simple cooling device can be created by a combination of a heat sink with a displacement body in a small space, which allows a good cooling performance without complex distribution systems.

Eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Anzahl von zu kühlenden Einheiten weist die folgenden Merkmale auf:
einen Kühlkörper mit einer Anzahl von Schnittstellen zum thermischen Kontaktieren der zu kühlenden Einheiten und einem Hohlraum zum Führen eines Kühlfluids von einer Einströmöffnung des Kühlkörpers zu einer Ausströmöffnung des Kühlkörpers; und
einen Verdrängungskörper, der innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, wobei zwischen dem Verdrängungskörper und jeder der Schnittstellen zumindest ein Kühlkanal zum Führen des Kühlfluids von der Einströmöffnung entlang der Schnittstelle zu der Ausströmöffnung ausgebildet ist.A cooling device for cooling a number of units to be cooled has the following features:
a heat sink having a number of interfaces for thermally contacting the units to be cooled and a cavity for guiding a cooling fluid from an inflow opening of the heat sink to an outflow opening of the heat sink; and
a displacer body disposed within the cavity, wherein between the displacer body and each of the interfaces, at least one cooling passage for guiding the cooling fluid from the inflow port along the interface to the exhaust port is formed.

Unter einer zu kühlenden Einheit kann beispielsweise ein Leistungselektronikbauteil verstanden werden. Eine Einheit kann mehrere Bauteile vereinen. Unter einer Schnittstelle kann ein Bereich des Kühlkörpers verstanden werden, der dazu ausgebildet ist, eine Wärmeübergangsfläche mit einem geringen Wärmeübergangswiderstand zwischen der zu kühlenden Einheit und einem Kühlfluid bereitzustellen. Das Kühlfluid kann eine Flüssigkeit sein. Die Schnittstelle kann Befestigungseinrichtungen zum Befestigen der zu kühlenden Einheit, wie beispielsweise Gewinde bereitstellen. Ein Verdrängungskörper kann ein Volumen bereitstellen, um ein verfügbares Volumen des Hohlraums des Kühlkörpers zu reduzieren, und eine Menge an Kühlfluid innerhalb des Kühlkörpers zu reduzieren. Der Verdrängungskörper kann mittels Rippen, die in einer Strömungsrichtung des Kühlfluids ausgerichtet sein können, innerhalb des Kühlkörpers abgestützt sein. Ebenfalls kann der Kühlkörper Vorsprünge aufweisen, die mit dem Verdrängungskörper verbunden sind. Die Rippen und/oder Vorsprünge können die Kühlkanäle voneinander trennen.Under a unit to be cooled, for example, a power electronic component can be understood. A unit can combine several components. An interface may be understood to mean a region of the heat sink which is designed to provide a heat transfer surface with a low heat transfer resistance between the unit to be cooled and a cooling fluid. The cooling fluid may be a liquid. The interface may provide attachment means for securing the unit to be cooled, such as threads. A displacement body may provide a volume to reduce an available volume of the cavity of the heat sink and to reduce an amount of cooling fluid within the heat sink. The displacement body may be supported within the heat sink by means of ribs, which may be aligned in a flow direction of the cooling fluid. Also, the heat sink may have projections which are connected to the displacement body. The ribs and / or projections can separate the cooling channels from each other.

Der Kühlkörper kann prismatisch mit einer Mehrzahl von Außenflächen ausgebildet sein. Eine der Schnittstellen kann jeweils durch eine der Außenflächen gebildet werden. Die Mehrzahl der Außenflächen kann zumindest der Anzahl von zu kühlenden Einheiten entsprechen. Die Schnittstellen können unter einem Winkel zueinander angeordnet sein. Der Kühlkörper kann einen vieleckigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann der Kühlkörper einen dreieckigen, viereckigen oder einen vieleckigen Querschnitt aufweisen. Durch die prismatische Anordnung der Schnittstellen können mehrere Einheiten auf geringem Raum gekühlt werden.The heat sink may be prismatic with a plurality of outer surfaces. One of the interfaces can each be formed by one of the outer surfaces. The plurality of outer surfaces may correspond at least to the number of units to be cooled. The interfaces can be arranged at an angle to each other. The heat sink may have a polygonal cross-section. For example, the heat sink can have a triangular, quadrangular or a polygonal cross section. Due to the prismatic arrangement of the interfaces, several units can be cooled in a small space.

Die Kühlvorrichtung kann einen Einlaufstutzen aufweisen, der fluiddicht mit der Einströmöffnung des Kühlkörpers verbunden ist. Alternativ oder ergänzend kann die Kühlvorrichtung einen Auslaufstutzen aufweisen, der fluiddicht mit der Ausströmöffnung des Kühlkörpers verbunden ist. Unter einem Stutzen kann ein Anschlussstück für eine Kühlfluidleitung verstanden werden. Der Einlaufstutzen kann eine Endfläche des Kühlkörpers abschließen. Ebenso kann der Einlaufstutzen einen Öffnungsquerschnitt der Einlassöffnung bedecken. Der Auslaufstutzen kann eine Endfläche des Kühlkörpers abschließen. Ebenso kann der Auslaufstutzen einen Öffnungsquerschnitt der Auslassöffnung bedecken. Sowohl der Einlaufstutzen als auch der Auslaufstutzen können an einer Längsachse des Kühlkörpers ausgerichtet sein.The cooling device may have an inlet connection, which is connected in a fluid-tight manner to the inlet opening of the cooling body. Alternatively or additionally, the cooling device may have an outlet connection, which is connected in a fluid-tight manner to the outflow opening of the cooling body. Under a nozzle can be understood a connection piece for a cooling fluid line. The inlet neck may terminate an end face of the heat sink. Likewise, the inlet nozzle may cover an opening cross-section of the inlet opening. The spout may terminate an end surface of the heat sink. Likewise, the outlet nozzle may cover an opening cross-section of the outlet opening. Both the inlet nozzle and the outlet nozzle can be aligned on a longitudinal axis of the heat sink.

Der Einlaufstutzen kann einen Einlaufdiffusor aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann der Auslaufstutzen eine Auslaufdüse aufweisen. Ein Diffusor kann eine Strömung im Kühlfluid verlangsamen und für eine gleichmäßige Verteilung des Kühlfluids sorgen. Eine Düse kann die Strömung im Kühlfluid vergrößern und das Kühlfluid erneut konzentrieren.The inlet nozzle may have an inlet diffuser. Alternatively or additionally, the outlet nozzle may have an outlet nozzle. A diffuser can slow down a flow in the cooling fluid and ensure a uniform distribution of the cooling fluid. A nozzle can increase the flow in the cooling fluid and concentrate the cooling fluid again.

Der Verdrängungskörper kann eine Einlaufgeometrie in die Kühlkanäle aufweisen, die der Einströmöffnung des Kühlkörpers zugewandt ist. Alternativ oder ergänzend kann der Verdrängungskörper eine Auslaufgeometrie aus den Kühlkanälen aufweisen, die der Ausströmöffnung des Kühlkörpers zugewandt ist. Unter einer Einlaufgeometrie als auch einer Auslaufgeometrie kann eine Abschrägung des Verdrängungskörpers in einer Strömungsrichtung des Kühlfluids verstanden werden. Beispielsweise kann die Einlaufgeometrie und/oder die Auslaufgeometrie als Konus ausgebildet sein. Die Einlaufgeometrie kann an dem Einlaufstutzen ausgerichtet sein. Die Auslaufgeometrie kann an dem Auslaufstutzen ausgerichtet sein. Die Einlaufgeometrie und/oder die Auslaufgeometrie kann einen Strömungswiderstand des Verdrängungskörpers reduzieren und eine Strömungsgeschwindigkeit in den Kühlkanälen erhöhen, damit in den Kühlkanälen ein erhöhter Wärmeübergang stattfinden kann.The displacement body may have an inlet geometry in the cooling channels, which faces the inflow opening of the heat sink. Alternatively or additionally, the displacement body may have an outlet geometry from the cooling channels, which faces the outflow opening of the heat sink. An inlet geometry as well as an outlet geometry can be understood as a beveling of the displacement body in a flow direction of the cooling fluid. For example, the inlet geometry and / or the outlet geometry can be designed as a cone. The inlet geometry can be aligned with the inlet nozzle. The outlet geometry can be aligned with the outlet nozzle. The inlet geometry and / or the outlet geometry can reduce a flow resistance of the displacement body and increase a flow velocity in the cooling channels, so that an increased heat transfer can take place in the cooling channels.

Zumindest eine der Schnittstellen kann zumindest einen Durchbruch aufweisen, wobei der Durchbruch eine Außenfläche des Kühlkörpers mit einem der Kühlkanäle verbindet. Die Schnittstelle kann ferner eine den Durchbruch umgebende Dichtung aufweisen. Der Durchbruch kann eine Kontur aufweisen, die sich quer über den Kühlkanal erstreckt. Der Durchbruch kann rechteckig ausgeführt sein. Durch den Durchbruch kann das Kühlfluid unmittelbar in Kontakt mit der zu kühlenden Einheit treten und der Wärmewiderstand der Schnittstelle kann weiter verringert werden.At least one of the interfaces may have at least one opening, wherein the opening connects an outer surface of the heat sink to one of the cooling channels. The interface may further include a seal surrounding the aperture. The aperture may have a contour that extends across the cooling channel. The breakthrough can be rectangular. Through the breakthrough, the cooling fluid can come into direct contact with the unit to be cooled and the thermal resistance of the interface can be further reduced.

Zumindest einer der Kühlkanäle kann zumindest ein Strömungsführungselement aufweisen. Unter einem Strömungsführungselement kann eine Umlenkeinrichtung für das Kühlfluid verstanden werden, um das Kühlfluid zu lenken, zu verwirbeln oder einen Weg des Kühlfluids zu verlängern. Beispielsweise kann ein Strömungsführungselement ein Mäander oder eine Wirbelstruktur sein. Durch ein Strömungsführungselement im Kühlkanal kann ein Wärmeübergang an der Schnittstelle verbessert werden.At least one of the cooling channels may have at least one flow guide element. A flow-guiding element can be understood as a deflection device for the cooling fluid in order to steer the cooling fluid, to swirl or to extend a path of the cooling fluid. For example, a flow guide element may be a meander or a vortex structure. By a flow-guiding element in the cooling channel, a heat transfer at the interface can be improved.

Der Verdrängungskörper kann einen fluiddichten Innenraum aufweisen. Durch einen Hohlraum im Verdrängungskörper kann der Verdrängungskörper leicht ausgeführt werden. Durch weniger Materialaufwand kann die Kühlvorrichtung kostengünstiger hergestellt werden.The displacement body may have a fluid-tight interior. Through a cavity in the displacement body of the displacement body can be easily performed. By reducing the cost of materials, the cooling device can be produced more cheaply.

Der Kühlkörper kann zumindest eine Außenwand aufweisen, an der er keine Schnittstellen aufweist, und der Verdrängungskörper kann an der Außenwand mit dem Kühlkörper verbunden sein, ohne einen Kühlkanal auszubilden. Die Außenwand kann einen Durchbruch zu einem Innenraum des Verdrängungskörpers aufweisen. Der Verdrängungskörper kann einstückig mit dem Kühlkörper verbunden sein. Durch den Durchbruch in der Außenwand kann die Kühlvorrichtung mit einem geringen Gewicht bereitgestellt werden.The heat sink may have at least one outer wall on which it has no interfaces, and the displacement body may be connected to the outer wall with the heat sink, without forming a cooling channel. The outer wall may have an opening to an interior of the displacement body. The displacement body may be integrally connected to the heat sink. Through the breakthrough in the outer wall, the cooling device can be provided with a low weight.

Die Kühlvorrichtung kann eine der Anzahl der Schnittstellen entsprechende Anzahl zu kühlender Einheiten und einen elektrischen Leiter aufweisen. Die zu kühlenden Einheiten können jeweils an einer der Schnittstellen thermisch leitend und fluiddicht angeordnet sein. Der elektrische Leiter kann mit den zu kühlenden Einheiten jeweils auf einer, einer Schnittstelle abgewandten Seite einer zu kühlenden Einheit verbunden sein. Der elektrische Leiter kann zumindest eine Befestigungsfläche für weitere elektrische Einheiten aufweisen, die abgesetzt von den zu kühlenden Einheiten und dem Kühlkörper angeordnet sind.The cooling device may have a number of interfaces corresponding number to be cooled units and an electrical conductor. The units to be cooled can each be arranged at one of the interfaces thermally conductive and fluid-tight. The electrical conductor can be connected to the units to be cooled in each case on a side facing away from an interface of a unit to be cooled. The electrical conductor may have at least one attachment surface for further electrical units, which are arranged offset from the units to be cooled and the heat sink.

Unter einem elektrischen Leiter kann eine Leiterplatte oder Platine verstanden werden. Der elektrische Leiter kann auf einer der Schnittstelle gegenüberliegenden Seite der zu kühlenden Einheit elektrisch leitend mit dieser verbunden sein. Der elektrische Leiter kann als mehrlagige Stromschiene ausgebildet sein. Der elektrische Leiter kann als Halter für die Kühlvorrichtung und die zu kühlenden Elemente ausgebildet sein. Der thermische Leiter kann beispielsweise Befestigungsbohrungen aufweisen. Eine weitere elektrische Einheit kann beispielsweise ein Versorgungsbauteil für die zu kühlenden Einheiten sein. Beispielsweise können die elektrischen Einheiten Zwischenkreiskondensatoren sein.Under an electrical conductor, a printed circuit board or board can be understood. The electrical conductor can be electrically conductively connected to this on an opposite side of the unit to be cooled. The electrical conductor may be formed as a multi-layer busbar. The electrical conductor may be formed as a holder for the cooling device and the elements to be cooled. The thermal conductor may have fastening bores, for example. Another electrical unit may be, for example, a supply component for the units to be cooled. For example, the electrical units may be DC link capacitors.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine Darstellung eines Kühlsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 a representation of a cooling system according to an embodiment of the invention;

2 eine Darstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 2 an illustration of a cooling device according to an embodiment of the invention;

3 eine Schnittdarstellung eines Querschnitts durch eine Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 3 a sectional view of a cross section through a cooling device according to an embodiment of the invention;

4 eine Schnittdarstellung eines Längsschnitts durch eine Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 4 a sectional view of a longitudinal section through a cooling device according to an embodiment of the invention;

5 eine Darstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; 5 an illustration of a cooling device according to another embodiment of the invention;

6 eine Darstellung eines Kühlkörpers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und 6 a representation of a heat sink according to another embodiment of the invention; and

7 eine Schnittdarstellung eines Längsschnitts durch eine Kühlvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. 7 a sectional view of a longitudinal section through a cooling device according to another embodiment of the invention.

Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.The same or similar elements may be provided in the following figures by the same or similar reference numerals. Furthermore, the figures of the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations not explicitly described here.

1 zeigt eine Darstellung eines Kühlsystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Kühlsystem 100 weist eine Kühlvorrichtung 102, zu kühlende Einheiten 104, elektrische Einheiten 105 und einen elektrischen Leiter 106 auf. Die Kühlvorrichtung 102 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt. Die Kühlvorrichtung 102 weist einen Kühlkörper mit einem dreieckigen Querschnitt auf. Ein Hohlraum des Kühlkörpers ist mit Endkappen fluiddicht verschlossen. Mittig in den Endkappen ist je ein Schlauchstutzen mit einer konischen Erweiterung eingelassen. Auf den drei Außenseiten weist der Kühlkörper drei Schnittstellen für zu kühlende Einheiten 104 auf. Die zu kühlenden Einheiten 104 sind jeweils an einer der Schnittstellen thermisch leitend und fluiddicht angeordnet. Der elektrische Leiter 106 ist mit den zu kühlenden Einheiten 104 auf je einer, der Schnittstelle gegenüberliegenden Seite der zu kühlenden Einheit 104 verbunden. Der elektrische Leiter 106 weist im Bereich der Kühlvorrichtung 102 eine sechseckige Form auf, wobei an jeder zweiten Fläche des Sechsecks eine der zu kühlenden Einheiten 104 anliegt. Eine der Flächen des sechseckigen Rings ist über den Ring hinaus erweitert und bildet eine Befestigungsfläche für elektrische Einheiten 105 aus. Die Befestigungsfläche ist abgesetzt von den zu kühlenden Einheiten 104 und dem Kühlkörper 102 angeordnet. Die elektrischen Einheiten 105 sind zylindrisch und sind mit einer Stirnfläche mit der Befestigungsfläche verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Einheiten 105 Zwischenkreiskondensatoren für Leistungselektronik 104. Vierzehn weitere zu elektrische Einheiten 105 sind in einem Muster größter Packungsdichte auf der Befestigungsfläche angeordnet. 1 shows a representation of a cooling system 100 according to an embodiment of the invention. The cooling system 100 has a cooling device 102 , units to be cooled 104 , electrical units 105 and an electrical conductor 106 on. The cooling device 102 is executed according to an embodiment of the present invention. The cooling device 102 has a heat sink with a triangular cross section. A cavity of the heat sink is sealed fluid-tight with end caps. In the middle of the end caps is a hose nozzle with a conical extension. On the three outer sides, the heat sink has three interfaces for units to be cooled 104 on. The units to be cooled 104 are each arranged at one of the interfaces thermally conductive and fluid-tight. The electrical conductor 106 is with the units to be cooled 104 on each one, the interface opposite side of the unit to be cooled 104 connected. The electrical conductor 106 points in the area of the cooling device 102 a hexagonal shape, wherein on each second surface of the hexagon one of the units to be cooled 104 is applied. One of the surfaces of the hexagonal ring is extended beyond the ring and forms a mounting surface for electrical units 105 out. The mounting surface is offset from the units to be cooled 104 and the heat sink 102 arranged. The electrical units 105 are cylindrical and are connected to an end face with the mounting surface. In this embodiment, the electrical units 105 DC link capacitors for power electronics 104 , Fourteen more to electrical units 105 are arranged in a pattern of greatest packing density on the mounting surface.

2 zeigt eine Darstellung einer Kühlvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Kühlvorrichtung 102 weist einen Kühlkörper 200 mit drei Schnittstellen zum thermischen Kontaktieren von drei zu kühlenden Einheiten 104 auf. Der Kühlkörper 200 weist einen dreieckigen Querschnitt auf und weist im Inneren einen Hohlraum zum Führen eines Kühlfluids von einer Einströmöffnung 202 des Kühlkörpers 200 zu einer Ausströmöffnung des Kühlkörpers 200 auf. Innerhalb des Hohlraums ist ein Verdrängungskörper angeordnet. Zwischen dem Verdrängungskörper und jeder der drei Schnittstellen ist zumindest ein Kühlkanal zum Führen des Kühlfluids von der Einströmöffnung 202 entlang der Schnittstelle zu der Ausströmöffnung ausgebildet. Der Kühlkörper 200 ist als Strangpressprofil ausgebildet. Als Bestandteil der Schnittstellen weist der Kühlkörper 200 pro Schnittstelle je zwei längs verlaufende Befestigungsnuten 204 auf, um die zu kühlenden Einheiten 104 mit dem Kühlkörper 200 zu verschrauben. Die Stirnflächen des Kühlkörpers 200 sind durch aufgeschraubten Stutzen verschlossen. Die Einströmöffnung 202 ist von einem Einlaufstutzen 206 fluiddicht verschlossen. Der Einlaufstutzen 206 ist mit dem Kühlkörper 200 über drei Schrauben verschraubt, die in Ecken des dreieckigen Querschnitts angeordnet sind. Der Einlaufstutzen weist einen Schlauchanschluss 208 mit Diffusor auf. Die zu kühlenden Einheiten 104 sind in diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl leistungselektronischer Bauteile, die zu den Einheiten 104 zusammengefasst sind. 2 shows a representation of a cooling device 102 according to an embodiment of the present invention. The cooling device 102 has a heat sink 200 with three interfaces for thermal contacting of three units to be cooled 104 on. The heat sink 200 has a triangular cross-section and has inside a cavity for guiding a cooling fluid from an inflow opening 202 of the heat sink 200 to an outflow opening of the heat sink 200 on. Within the cavity, a displacement body is arranged. Between the displacer and each of the three interfaces is at least one cooling passage for guiding the cooling fluid from the inflow port 202 formed along the interface to the discharge opening. The heat sink 200 is designed as an extruded profile. As part of the interfaces, the heat sink 200 per interface two longitudinal fastening grooves 204 on to the units to be cooled 104 with the heat sink 200 to screw. The faces of the heat sink 200 are closed by screwed nozzles. The inflow opening 202 is from an inlet pipe 206 sealed fluid-tight. The inlet nozzle 206 is with the heat sink 200 screwed on three screws, which are arranged in corners of the triangular cross-section. The inlet connection has a hose connection 208 with diffuser on. The units to be cooled 104 are in this embodiment, a plurality of power electronic components that belong to the units 104 are summarized.

3 zeigt eine Schnittdarstellung quer zu einer Längsachse einer Kühlvorrichtung 102 durch die Kühlvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie sie in 2 gezeigt ist. Der Kühlkörper 200 weist in Innern einen Hohlraum 300 auf. In dem Hohlraum ist der Verdrängungskörper 302 angeordnet. Der Verdrängungskörper 302 weist einen runden Querschnitt auf und ist hohl. Der Verdrängungskörper 302 ist mittig in dem Hohlraum 300 angeordnet. Eine Längserstreckungsrichtung des Verdrängungskörpers 302 entspricht einer Längserstreckungsrichtung des Kühlkörpers 200 und somit einer Hauptflussrichtung eines durch den Hohlraum strömenden Kühlfluids. Der Verdrängungskörper 302 ist mittels drei Rippen 304 gegen den Kühlkörper 200 abgestützt. Die Rippen 304 sind radial um den Verdrängungskörper 302 angeordnet und enden je in einem Rippenfuß, der in je einer Ecke des Kühlkörpers 200 angeordnet ist. Die Rippen 304 unterteilen den Hohlraum 300 des Kühlkörpers 200 in drei Kühlkanäle 306. Durch die Kühlkanäle 306 kann das Kühlfluid entlang dem Verdrängungskörper 302 von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung fließen. Die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung können beidseitig auf Höhe des Verdrängungskörpers 302 angeordnet sein. Somit kann das durch die Einströmöffnung strömende Kühlfluid direkt auf ein der Einströmöffnung zugewandtes Ende des Verdrängungskörpers 302 zuströmen und durch das Ende des Verdrängungskörpers 302 umgelenkt werden. Dazu kann das Ende eine Abschrägung, beispielsweise in Form eines Kegels aufweisen, dessen Spitze in Richtung der Einströmöffnung zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die drei Außenwände des Kühlkörpers 200 im Bereich der Schnittstellen nicht durchbrochen. 3 shows a sectional view transverse to a longitudinal axis of a cooling device 102 through the cooling device 102 according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG 2 is shown. The heat sink 200 has a cavity inside 300 on. In the cavity is the displacement body 302 arranged. The displacement body 302 has a round cross-section and is hollow. The displacement body 302 is centered in the cavity 300 arranged. A longitudinal direction of the displacement body 302 corresponds to a longitudinal direction of extension of the heat sink 200 and thus a main flow direction of a cooling fluid flowing through the cavity. The displacement body 302 is by means of three ribs 304 against the heat sink 200 supported. Ribs 304 are radially around the displacement body 302 arranged and ends each in a ribbed foot, each in a corner of the heat sink 200 is arranged. Ribs 304 divide the cavity 300 of the heat sink 200 in three cooling channels 306 , Through the cooling channels 306 can the cooling fluid along the displacement body 302 flow from the inflow opening to the outflow opening. The inflow opening and the outflow opening can be on both sides at the height of the displacement body 302 be arranged. Thus, the cooling fluid flowing through the inflow opening can be directed to an end of the displacement body facing the inflow opening 302 flow through and through the end of the repressor body 302 be redirected. For this purpose, the end may have a chamfer, for example in the form of a cone whose Point pointing in the direction of the inflow opening. In this embodiment, the three outer walls of the heat sink 200 not broken in the area of the interfaces.

4 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Kühlvorrichtung 102 entlang einer Längsachse der Kühlvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie sie in 2 gezeigt ist. Wie in 3 gezeigt, weist die Kühlvorrichtung 102 einen hohlen Kühlkörper 200 auf. Innerhalb des Hohlraums des Kühlkörpers 200 ist ein, von Rippen 304 zentrierter Verdrängungskörper 302 angeordnet. Eine der Rippen 304 ist in 4 geschnitten dargestellt. Der Kühlkörper 200, die Rippen 304 und der Verdrängungskörper 302 sind in diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgeführt. Um an der Einströmöffnung 202 und an der Ausströmöffnung 400 Raum zum Verteilen des Kühlfluids bereitzustellen, sind die Rippen 304 und der Verdrängungskörper 302 um eine Länge 402 gegenüber den Außenwänden des Kühlkörpers 200 gekürzt. Der Hohlraum im Verdrängungskörper 302 ist beidseitig je durch einen aufgesetzten Konus 404 fluiddicht verschlossen. Die Einströmöffnung 202 und die Ausströmöffnung 400 sind durch Stutzen fluiddicht verschlossen. Der Einlaufstutzen 206 und der Auslaufstutzen 406 weisen einen Schlauchanschluss mit Diffusor bzw. Düse auf. Die Schlauchanschlüsse und der Verdrängungskörper 302 sind in oder in etwa in einer Linie ausgerichtet. Ein Querschnitt eines Mittelteils des Verdrängungskörpers 302 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in etwa gleich einem Öffnungsdurchmesser der Schlauchanschlüsse. 4 shows a sectional view through a cooling device 102 along a longitudinal axis of the cooling device 102 according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG 2 is shown. As in 3 shown, the cooling device 102 a hollow heat sink 200 on. Inside the cavity of the heat sink 200 is a, of ribs 304 centered displacement body 302 arranged. One of the ribs 304 is in 4 shown cut. The heat sink 200 , Ribs 304 and the repressive body 302 are made in one piece in this embodiment. To at the inlet opening 202 and at the outflow opening 400 To provide space for distributing the cooling fluid are the ribs 304 and the repressive body 302 by one length 402 towards the outer walls of the heat sink 200 shortened. The cavity in the displacement body 302 is on both sides by an attached cone 404 sealed fluid-tight. The inflow opening 202 and the discharge opening 400 are sealed fluid-tight by connecting pieces. The inlet nozzle 206 and the spout 406 have a hose connection with diffuser or nozzle. The hose connections and the displacement body 302 are aligned in or about in a line. A cross section of a central part of the displacement body 302 is in this embodiment approximately equal to an opening diameter of the hose connections.

5 zeigt eine Darstellung einer Kühlvorrichtung 102 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Gegensatz zu der Kühlvorrichtung in den 1 bis 4 ist der Kühlkörper 200 hier mit einem rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitt ausgeführt. Der Kühlkörper 200 weist auf drei Seiten je eine Schnittstelle auf. Auf den Schnittstellen sind zu kühlende Einheiten angeordnet. Auf einer vierten Seite weist der Kühlkörper 200 einen Durchbruch in einen Innenraum des Verdrängungskörpers auf. Die Stutzen sind entsprechend dem Kühlkörper 200 ebenfalls rechteckig bzw. quadratisch ausgeführt. 5 shows a representation of a cooling device 102 according to a further embodiment of the invention. Unlike the cooling device in the 1 to 4 is the heat sink 200 executed here with a rectangular or square cross-section. The heat sink 200 has an interface on three pages. On the interfaces units to be cooled are arranged. On a fourth page, the heat sink points 200 a breakthrough in an interior of the displacement body. The sockets are according to the heat sink 200 also rectangular or square executed.

6 zeigt eine Darstellung eines Kühlkörpers 200, wie er in der in der Kühlvorrichtung in 5 verbaut ist. Der Kühlkörper 200 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt. Der Kühlkörper 200 ist einstückig mit einem viereckigen Verdrängungskörper 302 im Innenraum ausgeführt. Der Kühlkörper weist in den Ecken Verdickungen 600 für Gewindebohrungen 602 der Schnittstellen 604 und der Stutzen auf. Der Verdrängungskörper 302 ist an den Verdickungen 600 mit dem Kühlkörper 200 verbunden. Die Schnittstellen 604 sind auf drei der vier Außenflächen angeordnet. Die Schnittstellen 604 weisen je einen rechteckigen Durchbruch 606 auf, der den unter der Schnittstelle 604 entlangführenden Kühlkanal mit der Außenfläche verbindet. Rund um die Durchbrüche weisen die Schnittstellen 604 Dichteinrichtungen 608 auf, um die Durchbrüche 606 fluiddicht an den zu kühlenden Einheiten abzudichten. In einem der Kühlkanäle sind Querrippen angeordnet, die einen Mäander 610 ausbilden. Durch die Querrippen wird ein Weg für einen Kühlfluidstrom verlängert und der Kühlfluidstrom verwirbelt. 6 shows a representation of a heat sink 200 as it is in the in the cooler in 5 is installed. The heat sink 200 is executed according to an embodiment of the present invention. The heat sink 200 is integral with a square displacement body 302 executed in the interior. The heat sink has thickening in the corners 600 for threaded holes 602 the interfaces 604 and the neck on. The displacement body 302 is at the thickenings 600 with the heat sink 200 connected. The interfaces 604 are arranged on three of the four outer surfaces. The interfaces 604 each have a rectangular breakthrough 606 on top of that under the interface 604 along leading cooling channel connects to the outer surface. The interfaces point around the breakthroughs 604 sealing devices 608 on to the breakthroughs 606 sealed fluid-tight to the units to be cooled. In one of the cooling channels transverse ribs are arranged, which meander 610 form. By the transverse ribs a path for a cooling fluid flow is extended and the cooling fluid flow swirled.

7 zeigt eine Schnittdarstellung eines Längsschnitts durch eine Kühlvorrichtung 102 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Kühlvorrichtung weist einen Kühlkörper 200 auf, wie er in 6 gezeigt ist. Der Verdrängungskörper 302 im Kühlkörper 200 ist hohl. Der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung des Kühlkörpers 200 zugewandt weist der Verdrängungskörper 302 eine strömungsgünstige Kontur auf. Ebenso weisen die Stutzen 206, 406 in den Schlauchanschlüssen 208 eine strömungsgünstige Kontur in dem Diffusor und der Düse auf. Die Kühlkanäle 306 weisen eine geringe Höhe auf und verbinden die Einströmöffnung mit der Ausströmöffnung entlang der Schnittstellen 604. Die zu kühlenden Einheiten 104 sind fluiddicht auf den Durchbrüchen angeordnet und eine Unterseite 700 der zu kühlenden Einheiten 104 kann direkt von dem Kühlmittelstrom gekühlt werden. 7 shows a sectional view of a longitudinal section through a cooling device 102 according to a further embodiment of the invention. The cooling device has a heat sink 200 on how he is in 6 is shown. The displacement body 302 in the heat sink 200 is hollow. The inflow opening and the outflow opening of the heat sink 200 faces facing the displacement body 302 a streamlined contour. Likewise, the sockets point 206 . 406 in the hose connections 208 a streamlined contour in the diffuser and the nozzle. The cooling channels 306 have a small height and connect the inflow opening with the outflow opening along the interfaces 604 , The units to be cooled 104 are arranged fluid-tight on the openings and a bottom 700 the units to be cooled 104 can be cooled directly by the coolant flow.

Mit anderen Worten zeigen die 1 bis 7 einen Kühlkörper 200 zur kostengünstigen Flüssigkühlung für Leistungselektronik. Beispielsweise zeigt 1 ein Kühlsystem 100 für Elektronikbauteile 104 im Bereich Frequenzumrichter. Das Kühlsystem 100 zur Abführung der Verlustwärme mehrerer Elektronikkomponenten 104 mit einem Kühlkörper 200 ist platzsparend. Die Elektronikbauteile 104, z. B. Transitor-Module, wie IGBT-Module (IGBT = insulated gate bipolar transistor) oder Elkos, können direkt oder indirekt angeströmt werden. Bei einer indirekten Wärmeübertragung, also von Elektronikbauteil zu Kühlkörper zu Kühlflüssigkeit, können auch Alu-Körper mit Kanälen oder Alu-Körper mit eingepressten Rohren z. B. aus Kupfer oder Edelstahl (Coldplate) verwendet werden. Bei einer direkten Wärmeübertragung, Elektronikbauteil zu Kühlflüssigkeit, können beispielsweise Pin Fins, eine Rautenstruktur oder eine Siedebadkühlung angewendet werden. Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Kühlsystem 100, das kompakt und kostengünstig ist. Aufgrund wenig verwendeter Teile und einfachen Teilen weist das Kühlsystem 100 eine hohe Zuverlässigkeit auf.In other words, they show 1 to 7 a heat sink 200 for cost-effective liquid cooling for power electronics. For example, shows 1 a cooling system 100 for electronic components 104 in the field of frequency converters. The cooling system 100 to dissipate the heat loss of several electronic components 104 with a heat sink 200 is space saving. The electronic components 104 , z. B. Transitor modules, such as IGBT modules (IGBT insulated gate bipolar transistor) or Elkos, can be flowed directly or indirectly. In an indirect heat transfer, so from electronic component to heat sink to coolant, and aluminum body with channels or aluminum body with pressed tubes z. B. of copper or stainless steel (Coldplate) can be used. In a direct heat transfer, electronic component to the cooling liquid, for example, pin fins, a diamond structure or a boiling bath cooling can be used. The approach presented here creates a cooling system 100 which is compact and inexpensive. Due to little used parts and simple parts, the cooling system points 100 a high reliability.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen werden mehrere Elektronikbauteile 104 über ein Bauteil 200 angeströmt, welches als Verteiler funktioniert. Dafür wird der Kühlkörper 200 mit mehreren Kammern 306 ausgestattet. Die zu kühlenden Bauteile 104 können auf den Kühler 200 direkt geschraubt werden, wodurch eine indirekte Kühlung realisiert wird, oder die Flächen sind zur Kühlflüssigkeit bin geöffnet und seitlich zu den Bauteilen 104 abgedichtet, wodurch eine direkte Kühlung realisiert wird. Der Zu- und Ablauf der Flüssigkeit erfolgt über jeweils einen Anschluss 206; 406.In the embodiments shown, multiple electronic components 104 about a component 200 flowed, which works as a distributor. This is the heat sink 200 with several chambers 306 fitted. The components to be cooled 104 can on the radiator 200 be directly screwed, whereby an indirect cooling is realized, or the surfaces are open to the coolant and sideways to the components 104 sealed, whereby a direct cooling is realized. The inflow and outflow of the liquid via one connection 206 ; 406 ,

Das Kühlkörpermaterial kann Metall, wie Alu oder ein Bundmetall oder Kunststoff sein, welches als Strangpressprofil, Guss- oder Spritzgussteil ausgeführt werden kann. Eine weitere Art der gezielten Flüssigkeitsleitung können bei einem Strangpressprofil zusätzliche Längsrippen sein. Bei der Ausführung in Guss und direkter Kühlung kann die Kontur unter den zu kühlenden Bauteilen flexibel gestaltet werden. Beispielsweise können die Kühlkanäle 306 eine variierende Durchlasshöhe aufweisen, die beispielsweise durch eine schiefe Ebene der Fläche oder eine Freiformfläche, aufweisen. Stege können längs oder quer, beispielsweise zu Schlangenlinien 610 angeordnet sein. Ebenfalls können Barrieren oder Überläufe in den Kühlkanälen 306 angeordnet sein. Generell kann der Kühlkörper 200 „n”-seitig ausgeführt werden, also eine beliebige Anzahl Seiten aufweisen. Die Kühlung verschiedenster Bauteile, wie z. B. IGBT's, Elkos oder Transistoren, ist möglich.The heat sink material can be metal, such as aluminum or a collar metal or plastic, which can be designed as an extruded profile, cast or injection molded part. Another type of targeted fluid line may be additional longitudinal ribs in an extruded profile. In cast and direct cooling models, the contours of the components to be cooled can be made flexible. For example, the cooling channels 306 have a varying passage height, for example, by an inclined plane of the surface or a freeform surface have. Webs can be longitudinal or transverse, for example, to serpentine lines 610 be arranged. Also can be barriers or overflows in the cooling channels 306 be arranged. Generally, the heat sink 200 "N" -side running, so have any number of pages. The cooling of various components, such. As IGBT's, electrolytic capacitors or transistors is possible.

Die 1 bis 4 zeigen ein dreiseitiges Strangpressprofil aus Aluminium als Kühlkörper 200. Oben und unten ist der Kühlkörper 200 mit Deckeln 206; 406 abgedichtet. Um Raum für die Verteilung zu schaffen, können die Zwischenstege 304 im Strangpressprofil über eine bestimmte Höhe 402 abgefräst werden. Um die Flüssigkeit gezielt an die zu kühlenden Flächen zu leiten, kann ein Bolzen 302 mittig eingepresst werden. Zusätzlich verhindert dieser eine zu starke Abnutzung der mittleren Stege 304 im Strangpressprofil. In diesem Ausführungsbeispiel werden drei IGBT Module 104 gekühlt. Die Anbindung des Zwischenkreises 104 erfolgt über eine „Ringleitung” 106. Im Anschluss sitzen die Zwischenkreiskondensatoren 105.The 1 to 4 show a three-sided extruded aluminum profile as a heat sink 200 , Above and below is the heat sink 200 with lids 206 ; 406 sealed. To create space for distribution, the intermediate bridges 304 in the extruded profile over a certain height 402 be milled. To direct the liquid targeted to the surfaces to be cooled, a bolt 302 be pressed in the middle. In addition, this prevents excessive wear of the middle webs 304 in the extruded profile. In this embodiment, three IGBT modules are used 104 cooled. The connection of the DC link 104 via a "loop" 106 , Following this, the DC link capacitors are located 105 ,

Die 5 bis 7 zeigen als weiteres Ausführungsbeispiel ein vierseitiges Spritzgussteil als Kühlkörper 200.The 5 to 7 show as a further embodiment, a four-sided injection molded part as a heat sink 200 ,

Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.The exemplary embodiments shown are chosen only by way of example and can be combined with one another.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: Kühlsystemcooling system
102102: Kühlvorrichtungcooler
104104: zu kühlende Einheitunit to be cooled
105105: elektrische Einheitelectrical unit
106106: thermischer Leiterthermal conductor
200200: Kühlkörperheatsink
202202: Einströmöffnunginflow
204204: Befestigungsnutenfixing slots
206206: Einlaufstutzenflowguide
208208: Schlauchanschlusshose connection
300300: Hohlraumcavity
302302: Verdrängungskörperdisplacer
304304: Ripperib
306306: Kühlkanalcooling channel
400400: Ausströmöffnungoutflow
402402: Längelength
404404: Konuscone
406406: Auslaufstutzenoutlet connection
600600: Verdickungthickening
602602: Gewindebohrungthreaded hole
604604: Schnittstelleinterface
606606: Durchbruchbreakthrough
608608: Dichteinrichtungsealing device
610610: StrömungsführungseinrichtungFlow guide device
700700: Unterseitebottom

Claims

Cooling device ( 102 ) for cooling a number of units to be cooled ( 104 ), wherein the cooling device ( 102 ) has the following features: a heat sink ( 200 ) with a number of interfaces ( 604 ) for the thermal contacting of the units to be cooled ( 104 ) and a cavity ( 300 ) for guiding a cooling fluid from an inflow opening ( 202 ) of the heat sink ( 200 ) to an outflow opening ( 400 ) of the heat sink ( 200 ); and a repressive body ( 302 ) located inside the cavity ( 300 ) is arranged, wherein between the displacement body ( 302 ) and each of the interfaces ( 604 ) at least one cooling channel ( 306 ) for guiding the cooling fluid from the inlet opening ( 202 ) along the interface ( 604 ) to the discharge opening ( 400 ) is trained.

Cooling device ( 102 ) according to claim 1, wherein the heat sink ( 200 ) is formed prismatically with a plurality of outer surfaces, wherein one of the interfaces ( 604 ) is formed in each case by one of the outer surfaces and the plurality of outer surfaces at least the number of units to be cooled ( 104 ) corresponds.

Cooling device ( 102 ) according to one of the preceding claims, with an inlet connection ( 206 ), the fluid-tight with the inlet opening ( 202 ) of the heat sink ( 200 ), and / or with a spout ( 406 ), the fluid-tight with the discharge opening ( 400 ) of the heat sink ( 200 ) connected is.

Cooling device ( 102 ) according to claim 3, wherein the inlet nozzle ( 206 ) has an inlet diffuser, and / or the outlet nozzle ( 406 ) has a discharge nozzle.

Cooling device ( 102 ) according to one of the preceding claims, in which the displacement body ( 302 ) an inlet geometry ( 404 ) in the cooling channels ( 306 ), the inlet opening ( 202 ) of the heat sink ( 200 ) and / or an outlet geometry ( 404 ) from the cooling channels ( 306 ), which the outflow ( 400 ) of the heat sink ( 200 ) is facing.

Cooling device ( 102 ) according to one of the preceding claims, in which at least one of the interfaces ( 604 ) at least one breakthrough ( 606 ), wherein the at least one breakthrough ( 606 ) an outer surface of the heat sink ( 200 ) with one of the cooling channels ( 306 ) connects.

Cooling device ( 102 ) according to one of the preceding claims, in which at least one of the cooling channels ( 306 ) at least one flow guide element ( 610 ) having.

Cooling device ( 102 ) according to one of the preceding claims, in which the displacement body ( 302 ) has a fluid-tight interior.

Cooling device ( 102 ) according to claim 8, wherein the heat sink ( 200 ) has at least one outer wall at which it has no interfaces, and the displacement body ( 302 ) on the outer wall with the heat sink ( 200 ) and the outer wall is an opening to an interior of the displacement body ( 302 ) having.

Cooling device ( 102 ) according to one of the preceding claims, with one of the number of interfaces ( 604 ) corresponding number of units to be cooled ( 104 ) and an electrical conductor ( 106 ), the units to be cooled ( 104 ) at one of the interfaces ( 604 ) are arranged thermally conductive and fluid-tight, and wherein the electrical conductor ( 106 ) with the units to be cooled ( 104 ) each on one, an interface ( 604 ) facing away from a unit to be cooled ( 104 ), and at least one mounting surface for further electrical units ( 104 ) offset from the units to be cooled ( 104 ) and the heat sink ( 200 ) is arranged.