DE102014224995A1 - Kühlkörper zur Kühlung eines elektrischen Geräts - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper (2) zur Verwendung mit einem elektrischen Gerät (4), wobei der Kühlkörper (2) derart ausgebildet ist, dass er zur Kühlung des elektrischen Geräts (4) und zur Befestigung am elektrischen Gerät (4) vorgesehen ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper (2) zur Verfügung zu stellen, mit dem ohne oder ohne großen konstruktiven Aufwand am eigentlichen elektrischen Gerät (4) der zulässige Temperaturbereich des elektrischen Geräts (4) erweitert und/oder eine höhere Dauer- und/ oder Maximalleistung erreicht werden. Zur Lösung wird vorgeschlagen, dass der Kühlkörper (2) zur Ertüchtigung des elektrischen Geräts (4) für einen, gegenüber einem Betrieb des elektrischen Geräts (4) ohne Kühlkörper, erweiterten Temperatur- und/oder Leistungsbereich vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper zur Verwendung mit einem elektrischen Gerät, wobei der Kühlkörper derart ausgebildet ist, dass er zur Kühlung des elektrischen Geräts und zur Befestigung am elektrischen Gerät vorgesehen ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fertigungsverfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers sowie ein Kühlsystem.
  • Ein derartiger Kühlkörper kann beispielsweise in der industriellen Steuer- und Schalttechnik sowie zur industriellen Spannungsversorgung und weiteren Anwendungen zum Einsatz kommen, bei denen eine leistungsfähige Kühlung notwendig ist.
  • Bisher ist hoher konstruktiver Aufwand nötig um für elektrische Geräte einen erweiterten zulässigen Temperaturbereich zu erreichen. Ein erweiterter Temperaturbereich liegt bei einem Überschreiten der zulässigen Maximaltemperatur sowie einem Unterschreiten der zulässigen Mindesttemperatur vor, jeweils bezogen auf die Umgebungstemperaturen. So werden beispielsweise spezielle Gehäuse konstruiert und mit großflächigen Kühlkörpern und/oder leistungsfähigen Lüftern versehen. Dies hat zur Folge, dass diese speziellen Geräte durch den deutlich erhöhten Konstruktions- und Materialaufwand entsprechend teurer werden. Besonders bei kleinen Serien sehr spezieller Geräte ist es oftmals nicht wirtschaftlich eine Variante für einen erweiterten Temperaturbereich zu konstruieren und zu vertreiben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper zur Verfügung zu stellen, mit dem ohne oder ohne großen konstruktiven Aufwand am eigentlichen elektrischen Gerät der zulässige Temperaturbereich des elektrischen Geräts erweitert und/oder eine höhere Dauer- und/oder Maximalleistung erreicht werden kann. Weiterhin besteht die Aufgabe ein Kühlsystem und ein Herstellungsverfahren für einen erfindungsgemäßen Kühlkörper zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Kühlkörper gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass elektrische Geräte, die für einen Einsatz innerhalb eines ersten, ursprünglichen Temperaturbereichs oder zum Betrieb mit einer ersten, ursprünglichen Maximal- und/oder Dauerleistung vorgesehen sind für einen zweiten, erweiterten Temperaturbereich oder eine zweite, höhere Maximal- und/oder Dauerleistung ertüchtigt werden können. Dies geschieht modular durch einen erfindungsgemäßen Kühlkörper und ist bezüglich des Einsatzzwecks optimierbar. Dabei ist der Kühlkörper zur Kühlung des elektrischen Geräts und zur Befestigung am elektrischen Gerät vorgesehen. So kann ein elektrisches Gerät einfach und effizient für einen erweiterten Einsatzbereich ertüchtigt werden. Besonders bei kleinen Serien sehr spezieller Geräte ist es oftmals nicht wirtschaftlich, eine Variante für einen erweiterten Temperaturbereich zu konstruieren und zu vertreiben.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zur Verbesserung der thermischen Kopplung zwischen dem Kühlkörper und dem elektrischen Gerät ein wärmeleitendes Material, insbesondere Wärmeleitpaste und/oder ein sogenanntes Gap-Pad, vorgesehen. Dies hat den Vorteil einer verbesserten Wärmeleitung zwischen dem elektrischen Gerät und dem Kühlkörper, sowie einer gleichmäßigeren Wärmespreizung.
  • In einer weiteren Ausführungsform eines Kühlkörpers ist als thermische Kopplung zum und zur Befestigung am elektrischen Gerät ein wärmeleitender Kleber vorgesehen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Gehäuse des elektrischen Geräts keine weiteren Modifikationen zulässt oder diese unerwünscht sind. Dies kann beispielsweise bei verschweißten Gehäusen der Fall sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Kühlkörper zur mechanischen Fixierung, insbesondere mittels Schrauben oder Klemmen, am elektrischen Gerät vorgesehen. Dies kann bei Gehäusen die bereits Bohrungen oder sogar entsprechende Gewinde aufweisen von großem Vorteil sein. Im Falle von geeigneten Vorsprüngen oder Ausbuchtungen am Gehäuse kann auch eine Befestigung mittels Klemmen vorteilhaft sein.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Kühlkörper derart ausgestaltet, dass er eine Gehäusefunktion aufweist. Dies ist beispielsweise für Gehäuse von elektrischen Geräten vorteilhaft, die einen Deckel oder andere Gehäuseteile aufweisen, die zerstörungsfrei demontiert werden können. Diese Gehäuseteile können dann durch einen Kühlkörper mit Gehäusefunktion ersetzt werden. Dabei wäre als vorteilhafte Weiterbildung das Vorhandensein von Dichtungen zur Abdichtung des Gehäuses gegenüber dem Kühlkörper denkbar. Falls am Gehäuse Anpassungen vorgenommen werden müssen, kann der Kühlkörper auch eine komplette Seitenfläche des Gehäuses des elektrischen Geräts ersetzen.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der Kühlkörper ein Mittel zur Freischaltung eines erweiterten Temperatur- und/oder Leistungsbereichs des elektrischen Geräts auf. Mit Freischaltung eines erweiterten Temperaturbereichs ist beispielsweise gemeint, dass ein elektrisches Gerät, das regulär in einem ersten Temperaturbereich betrieben werden kann, durch die Anordnung der Kühlvorrichtung am elektrischen Gerät, in einem erweiterten zweiten Temperaturbereich betrieben werden kann, ohne dass sich das elektrische Gerät aus Selbstschutz abschaltet oder beschädigt wird. Mit Freischaltung eines erweiterten Leistungsbereich ist beispielsweise gemeint, dass Leistungseinschränkungen des elektrischen Geräts, die unter anderem auf Maximaltemperaturen im Betrieb mit hoher Leistung beruhen können, durch einen erfindungsgemäßen Kühlkörper aufgehoben oder erweitert werden können. Als Mittel zur Freischaltung kommen jegliche Aktivierungssysteme in Frage. Nur beispielhaft wären eigens dazu im Gehäuse des elektrischen Geräts vorgesehene Aussparungen mit integrierten Tastern zu nennen, die nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip von an der Kontaktfläche des Kühlkörpers vorgesehenen Erhebungen aktiviert werden. Ebenso kann das Mittel zur Freischaltung als elektrische Kontakte, die durch den Kühlkörper aktiviert werden, ausgebildet sein. Varianten ohne direkten Kontakt, z. B. mittels eines Reed-Schalters oder eines im Kühlkörper integrierten RFID-Tags sind ebenso möglich.
  • In einer weiteren Ausführungsform kommt der Kühlkörper zur Kühlung von Geräten der Industrieautomatisierung und/oder steuerung, insbesondere von speicherprogrammierbaren Steuerungen, Netzteilen oder Schaltgeräten, zum Einsatz. Die Vorteile des Kühlkörpers kommen besonders bei Geräten zur Geltung, die empfindlich gegenüber Umgebungstemperaturschwankungen sind und/oder deren thermische Verlustleistung entsprechend hoch ist.
  • Die Lösung der Aufgabe besteht weiterhin aus einem Fertigungsverfahren zum Herstellen eines Kühlkörpers, wobei ein generatives Fertigungsverfahren, insbesondere 3D-Druck oder Lasersintern, zum Einsatz kommt. Dies hat den Vorteil dass die Kühlkörper besonders effizient für Kleinserien oder Einzelanfertigungen für entsprechende Umgebungsbedingungen gefertigt werden können. Beispielsweise kann das Mittel zur Freischaltung bei diesen Fertigungsverfahren direkt mit angeformt werden oder als Einlegeteil während der Produktion eingelegt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist ein Kühlsystem die Kombination aus mindestens einem Kühlkörper und mindestens einem elektrischen Gerät auf. Dies hat den Vorteil einer höheren Modularität und Flexibilität beispielsweise beim Aufbau von komplexen industriellen Steuerungsanordnungen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Kühlkörper zur mechanischen Fixierung an einem elektrischen Gerät und
  • 2 einen Kühlkörper zur Fixierung mittels eines Klebstoffs.
  • 1 zeigt einen Kühlkörper 2 der Bohrungen 20 für Schrauben 21, eine wärmeleitende Schicht 3 sowie ein Mittel zur Freischaltung 10 eines erweiterten Temperatur- und/oder Leistungsbereichs aufweist. Die wärmeleitende Schicht 3 weist in diesem Fall Aussparungen für das Mittel zur Freischaltung 10 und die Bohrungen 20 auf und kann beispielsweise als Wärmeleitpaste oder sogenanntes Gap-Pad ausgeführt sein. Weiterhin ist ein elektrisches Gerät 4 sowie ein Gehäuse 5 des elektrischen Geräts 4 zu sehen. Das elektrische Gerät 4 weist ein Mittel zur Freischaltung 11 eines erweiterten Temperatur- und/oder Leistungsbereichs auf. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um drei Kontakte am elektrischen Gerät 4 und die dazu passenden Kontakte am Kühlkörper 2. Nach Montage des Kühlkörpers 2 am elektrischen Gerät 4, berühren sich die Mittel zur Freischaltung 10 und 11 und die Freischaltung eines höheren Temperatur und/oder Leistungsbereichs kann ausgelöst werden. Diese Ausführungsform mit Kontakten als Mittel zur Freischaltung 10 und 11 ist als Beispiel anzusehen, mechanische Lösungen mit Tastern, drahtlose mit Reed-Schalter oder RFID-Tags sind ebenso denkbar.
  • 2 zeigt einen Kühlkörper 2 der eine Schicht Wärmeleitkleber 22 sowie ein Mittel zur Freischaltung 10 eines erweiterten Temperatur- und/oder Leistungsbereichs aufweist. Weiterhin ist ein elektrisches Gerät 4 sowie ein Gehäuse 5 des elektrischen Geräts 4 zu sehen. Die Befestigung mit Wärmeleitkleber 22 am elektrischen Gerät 4 hat den Vorteil, dass keine weiteren Montagemittel notwendig sind. Die Funktion der Mittel zur Freischaltung 10 und 11 ist analog zum Ausführungsbeispiel aus 1. Um sicherzustellen, dass sich die Mittel zur Freischaltung 10 und 11 bei der Anbringung des Kühlkörpers 2 mit Wärmeleitkleber 22 in der korrekten Position befinden, um eine Freischaltung zu ermöglichen, können Führungsmittel am Kühlkörper 2 vorgesehen sein.
  • Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Kühlkörper 2 zur Verwendung mit einem elektrischen Gerät 4, wobei der Kühlkörper 2 derart ausgebildet ist, dass er zur Kühlung des elektrischen Geräts 4 und zur Befestigung am elektrischen Gerät 4 vorgesehen ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper 2 zur Verfügung zu stellen, mit dem ohne oder ohne großen konstruktiven Aufwand am eigentlichen elektrischen Gerät 4 der zulässige Temperaturbereich des elektrischen Geräts 4 erweitert und/oder eine höhere Dauer- und/oder Maximalleistung erreicht werden. Zur Lösung wird vorgeschlagen, dass der Kühlkörper 2 zur Ertüchtigung des elektrischen Geräts 4 für einen, gegenüber einem Betrieb des elektrischen Geräts 4 ohne Kühlkörper, erweiterten Temperatur- und/oder Leistungsbereich vorgesehen ist.

Claims (9)

  1. Kühlkörper (2) zur Verwendung mit einem elektrischen Gerät (4), wobei der Kühlkörper (2) derart ausgebildet ist, dass er zur Kühlung des elektrischen Geräts (4) und zur Befestigung am elektrischen Gerät (4) vorgesehen ist und wobei der Kühlkörper (2) zur Ertüchtigung des elektrischen Geräts (4) für einen, gegenüber einem Betrieb des elektrischen Geräts (4) ohne Kühlkörper, erweiterten Temperatur- und/oder Leistungsbereich vorgesehen ist.
  2. Kühlkörper nach Anspruch 1, wobei zur Verbesserung der thermischen Kopplung zwischen dem Kühlkörper (2) und dem elektrischen Gerät (4) ein wärmeleitendes Material (3), insbesondere Wärmeleitpaste und/oder ein so genanntes Gap-Pad, vorgesehen ist.
  3. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als thermische Kopplung zum und zur Befestigung am elektrischen Gerät (4) ein wärmeleitender Kleber (21) vorgesehen ist.
  4. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (2) zur mechanischen Fixierung, insbesondere mittels Schrauben (21) oder Klemmen, am elektrischen Gerät (4) vorgesehen ist.
  5. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (2) derart ausgestaltet ist, dass er eine Gehäusefunktion aufweist.
  6. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (2) ein Mittel zur Freischaltung eines erweiterten Temperatur- und/oder Leistungsbereichs des elektrischen Geräts (4) aufweist.
  7. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (2) zur Kühlung von elektrischen Geräten (4) der Industrieautomatisierung und/oder -steuerung, insbesondere von speicherprogrammierbaren Steuerungen, Netzteilen, Schaltgeräten oder ähnlichen Geräten, zum Einsatz kommt.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Kühlkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein generatives Fertigungsverfahren, insbesondere 3D-Druck oder Lasersintern, zum Einsatz kommt.
  9. Kühlsystem aufweisend mindestens einen Kühlkörper (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und ein elektrisches Gerät (4).
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