DE102015202196A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers für einen Frequenzumrichter und Frequenzumrichter - Google Patents
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- H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers (1) für einen Frequenzumrichter, wobei der Kühlkörper (1) einen Grundkörper (2) mit einem Kühlluftkanal (3) und eine Anzahl von Kühlrippen (4) aufweist, wobei die Kühlrippen (4) in dem Kühlluftkanal (3) angeordnet sind. Das Verfahren weist die Schritte auf: Herstellen der Kühlrippen (4), Einlegen der Kühlrippen (4) in ein Gießwerkzeug (5), wobei das Gießwerkzeug (5) die Form des Grundkörpers (2) definiert, und Einbringen einer Metallschmelze in das Gießwerkzeug (5) zum Herstellen des Grundkörpers (2) und zum Erzeugen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Grundkörper (2) und den Kühlrippen (4).
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers für einen Frequenzumrichter und einen Frequenzumrichter.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers für einen Frequenzumrichter und einen Frequenzumrichter zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Leistungsdichte und eine einfache Fertigbarkeit des Frequenzumrichters ermöglichen.
- Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers für einen Frequenzumrichter nach Anspruch 1 und einen Frequenzumrichter nach Anspruch 9.
- Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung bzw. Fertigung eines Kühlkörpers für einen Frequenzumrichter.
- Der Kühlkörper weist einen, insbesondere metallischen, Grundkörper mit einem Kühlluftkanal und eine Anzahl von Kühlrippen oder Kühlfinnen auf, wobei die Kühlrippen in dem Kühlluftkanal, insbesondere in Längsrichtung des Kühlluftkanals, angeordnet sind. Der Kühlluftkanal kann eine nach oben offene U-Form aufweisen.
- Das Verfahren weist folgende Schritte auf.
- Die Kühlrippen werden getrennt von dem Grundkörper hergestellt bzw. gefertigt.
- Die Kühlrippen werden anschließend in ein Gießwerkzeug bzw. in ein hierfür ausgestaltetes Element eines mehrelementigen Gießwerkzeugs eingelegt bzw. eingesetzt, wobei das Gießwerkzeug bzw. dessen geometrische Gestaltung die Form des Grundkörpers definiert.
- Nach dem Einlegen der Kühlrippen wird Metallschmelze in das Gießwerkzeug, gegebenenfalls unter hohem Druck, eingeleitet, wodurch der Grundkörper erzeugt wird. Gleichzeitig wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper und den Kühlrippen hergestellt. Das Gießwerkzeug kann derart ausgestaltet sein, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper und den Kühlrippen nur in bestimmten Bereichen der Kühlrippen bewirkt wird, beispielsweise in Bereichen der Kühlrippen, die dem Kühlluftkanal am nächsten liegen.
- Die Kühlrippen können mittels Strangpressen hergestellt werden. Beispielsweise können aus stranggepressten flachen Endlosprofilen mittels Stanzen die Kühlrippen formgebend vereinzelt werden, wobei mittels geeigneter Stanzwerkzeuge gewünschte Umrisse herstellbar sind.
- Die Kühlrippen können derart in das Gießwerkzeug eingelegt werden, dass sich die Kühlrippen in einer Längsrichtung des Kühlkanals erstrecken.
- Die Kühlrippen können parallel zueinander und hochkant in das Gießwerkzeug eingelegt werden, wobei ein Abstand zwischen benachbarten Kühlrippen in einem Bereich zwischen 3 mm und 7 mm liegt. Der Abstand kann genau 5 mm betragen.
- Die Kühlrippen können eine Dicke in einem Bereich zwischen 1 mm und 1,4 mm aufweisen. Die Dicke kann genau 1,2 mm betragen.
- Die Kühlrippen können eine (maximale) Höhe in einem Bereich zwischen 40 mm und 60 mm aufweisen, wobei die Kühlrippen ein Höhenprofil aufweisen können.
- Die Kühlrippen können eine Länge in einem Bereich zwischen 160 mm und 200 mm aufweisen. Die Länge kann genau 180 mm betragen.
- Die Anzahl der Kühlrippen kann in einem Bereich zwischen 8 und 12 liegen.
- Das Werkzeug kann derart ausgebildet sein, dass der Grundkörper eine Kontaktfläche aufweist, die zur wärmeleitenden Kopplung mit einem Leistungshalbleiterbauelement des Frequenzumrichters vorgesehen ist.
- Der erfindungsgemäße Frequenzumrichter weist mindestens ein wärmeerzeugendes Leistungshalbleiterbauelement auf, beispielsweise in Form eines oder mehrerer insulated-gate bipolar Transistor(IGBT)-Module.
- Der Frequenzumrichter weist weiter einen Kühlkörper zum Kühlen des Leistungshalbleiterbauelements auf, wobei der Kühlkörper mit einem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
- Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Hierbei zeigen:
-
1 einen Frequenzumrichter in perspektivischer Darstellung, -
2 einen Kühlkörper des in1 gezeigten Frequenzumrichters in perspektivischer Explosionsdarstellung, -
3 den in2 gezeigten Frequenzumrichters in perspektivischer Darstellung nach einem Gießvorgang, -
4 einen Teil eines Gießwerkzeugs, das zur Herstellung des in3 gezeigten Kühlkörpers vorgesehen ist, und -
5 den in3 gezeigten Kühlkörper in perspektivischer Darstellung aus einer weiteren Perspektive. -
1 zeigt einen Frequenzumrichter7 in perspektivischer Darstellung. Der Frequenzumrichter7 dient herkömmlich zur Ansteuerung eines nicht dargestellten Drehstrom-Elektromotors. -
2 zeigt einen Kühlkörper1 des in1 gezeigten Frequenzumrichters7 in perspektivischer Explosionsdarstellung. Der Kühlkörper1 kann beispielsweise vollständig aus Aluminium bestehen. - Der Kühlkörper
1 weist einen Grundkörper2 mit einem Kühlluftkanal3 auf. Der Kühlkörper1 weist weiter eine Anzahl von elf Kühlrippen4 auf, wobei die Kühlrippen4 in dem Kühlluftkanal3 in Längsrichtung, parallel zueinander, äquidistant angeordnet sind. Aufgrund der schematischen Explosionsdarstellung sind die Kühlrippen4 oberhalb des Kühlluftkanals3 dargestellt. In einem Funktionszustand des Kühlkörpers1 sind die Kühlrippen4 mit einer Oberfläche des Kühlluftkanals3 stoffschlüssig verbunden, wie dies in3 gezeigt ist. - Die Kühlrippen
4 sind mittels Alu-Strangpressen hergestellt und der Grundkörper2 ist mittels eines Alu-Gießverfahrens hergestellt, wobei während des Gießens eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Kühlrippen4 und dem Grundkörper2 bewirkt wird, indem die Kühlrippen4 teilweise umgossen werden. - Bezugnehmend auf
4 werden hierzu die Kühlrippen4 derart parallel zueinander in ein Gießwerkzeug5 (das Gießwerkzeug5 ist vorliegend nur ausschnittsweise dargestellt) eingelegt, dass diese sich in einer Längsrichtung des Kühlkanals3 erstrecken, wobei ein Abstand A (siehe2 ) zwischen benachbarten Kühlrippen4 ca. 5 mm beträgt. Die Kühlrippen4 weisen jeweils eine Dicke D von ca. 1,24 mm und jeweils eine maximale Höhe H von 50 mm auf. Die Kühlrippen sind an ihrer dem Grundkörper2 zugewandten Seite in Längsrichtung profiliert. - Beim Gießen ergibt sich aufgrund der Ausgestaltung des Gießwerkzeugs
5 eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Kühlrippen4 und dem entstehenden Grundkörper2 . - Bezugnehmend auf
5 weist der Grundkörper2 eine Kontaktfläche6 auf, die zur wärmeleitenden Kopplung mit einem nicht näher dargestellten Leistungshalbleiterbauelement des Frequenzumrichters7 vorgesehen ist. - Der erfindungsgemäße Kühlkörper weist mit seinen Kühlrippen
4 , die fein strukturiert und eng benachbart angeordnet sind, eine hohe Kühlleistung auf, wodurch hohe Leistungsdichten möglich sind. Derart fein strukturierte und eng benachbart angeordnete Kühlrippen4 sind mittels eines herkömmlichen Gießverfahrens jedoch nicht herstellbar. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht es, den Grundkörper2 in einfacher Weise und kostengünstig mittels Gießen herzustellen, wobei durch das Vorfertigen der Kühlrippen4 und das Einsetzen der Kühlrippen4 in das Gießwerkzeug die erforderliche Strukturierung erreicht werden kann. Durch die erfindungsgemäße Kombination von zwei Herstellungsverfahren kann ein optimaler Kompromiss zwischen Kühlleistung einerseits und Herstellungskosten andererseits erzielt werden.
Claims (9)
- Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers (
1 ) für einen Frequenzumrichter (7 ), wobei der Kühlkörper (1 ) aufweist: – einen Grundkörper (2 ) mit einem Kühlluftkanal (3 ) und – eine Anzahl von Kühlrippen (4 ), wobei die Kühlrippen (4 ) in dem Kühlluftkanal (3 ) angeordnet sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – Herstellen der Kühlrippen (4 ), – Einlegen der Kühlrippen (4 ) in ein Gießwerkzeug (5 ), wobei das Gießwerkzeug (5 ) die Form des Grundkörpers (2 ) definiert, und – Einbringen einer Metallschmelze in das Gießwerkzeug (5 ) zum Herstellen des Grundkörpers (2 ) und zum Erzeugen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Grundkörper (2 ) und den Kühlrippen (4 ). - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kühlrippen (
4 ) mittels Strangpressen hergestellt werden. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kühlrippen (
4 ) derart in das Gießwerkzeug (5 ) eingelegt werden, dass diese sich in einer Längsrichtung des Kühlkanals (3 ) erstrecken. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kühlrippen (
4 ) parallel zueinander in das Gießwerkzeug (5 ) eingelegt werden, wobei ein Abstand (A) zwischen benachbarten Kühlrippen (4 ) in einem Bereich zwischen 3 mm und 7 mm liegt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kühlrippen (
4 ) eine jeweilige Dicke (D) in einem Bereich zwischen 1 mm und 1,4 mm aufweisen. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kühlrippen (
4 ) eine jeweilige Höhe (H) in einem Bereich zwischen 40 mm und 60 mm aufweisen. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anzahl der Kühlrippen (
4 ) in einem Bereich zwischen 8 und 12 liegt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Werkzeug derart ausgebildet wird, dass der Grundkörper (
2 ) eine Kontaktfläche (6 ) aufweist, die zur wärmeleitenden Kopplung mit einem Leistungshalbleiterbauelement vorgesehen ist. - Frequenzumrichter (
7 ), aufweisend: – mindestens ein wärmeerzeugendes Leistungshalbleiterbauelement und – einen Kühlkörper (1 ) zum Kühlen des Leistungshalbleiterbauelements, wobei der Kühlkörper (1 ) mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
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- 2015-02-06 DE DE102015202196.3A patent/DE102015202196B4/de active Active
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