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Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von Leistungselektronik sowie eine Leistungselektronik mit Leistungsendstufenmodulen und einer Kühlvorrichtung, wobei innerhalb eines Kühlgehäuses der Kühlvorrichtung Leistungsendstufenmodule angeordnet sind.
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Aus der
US 6,404,628 B1 ist ein „integriertes Leistungselektronik-Kühlungsgehäuse“ bekannt, das einen Einlass und einen Auslass für ein Kühlmedium umfasst.
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Im Verlauf vom Einlass zum Auslass erstreckt sich ein Fluidkanal bzw. ein Teilbereich mit einer konstanten Querschnittsfläche. Dabei ist der Fluidkanal U-förmig ausgebildet und in einer Ebene angeordnet, wobei Ein- und Auslass jeweils an einem Ende des Fluidkanals bzw. des „U“ angeordnet sind.
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Unterhalb des Fluidkanals sind quer zu dessen Verlauf drei Leistungsmodule einer Leistungselektronik angeordnet.
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Somit läuft, anschaulich ausgedrückt, das Kühlmedium in dem Kühlgehäuse hin- und zurück, wobei es auf dem Hinweg eine erste Temperatur und auf dem Rückweg eine zweite Temperatur aufweist. Dies hat logischerweise den Effekt, dass ein und dasselbe Leistungsmodul mit zwei unterschiedlichen Temperaturen gekühlt wird. Dadurch ergeben sich zum einen eine ineffizientere Kühlung und zum anderen ein Temperaturgradient innerhalb des zu kühlenden Leistungsmoduls. Ferner ist der hydraulische Widerstand aufgrund der U-förmigen Anordnung hoch.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung und eine Leistungselektronik mit einer Kühlvorrichtung anzugeben, die ein gleichmäßiges Kühlen in einem zu kühlenden Bereich erlauben, unter Vermeidung eines Temperaturgradienten bei gleichzeitiger Minimierung von hydraulischen Verlusten bzw. Widerständen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß umfasst bei einem ersten Aspekt eine Kühlvorrichtung zum Kühlen mittels eines Kühlmediums von Leistungselektronik ein Kühlgehäuse, einen Einlass für ein Kühlmedium und einen Auslass für ein Kühlmedium.
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Dabei weist das Kühlgehäuse vorzugsweise einen ersten Fluidkanal mit einem ersten Teilbereich, einem zweiten Teilbereich, und einem dritten Teilbereich auf, wobei die drei Teilbereich des Kühlgehäuses in Fließrichtung hintereinander angeordnet und miteinander verbunden sind.
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Günstigerweise weist der erste Teilbereich eine Querschnittsfläche auf, die im Verlauf vom Einlass zum Auslass abnimmt. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Teil des Kühlgehäuses von einem anderen Teil, das vorzugsweise entgegengesetzt zum ersten ausgebildet ist, abgetrennt werden. Auch erlaubt diese Ausgestaltung einen geringen hydraulischen Widerstand und somit ein geringes Maß an Verlust.
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Unter einer Querschnittsfläche wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Fläche verstanden, die von einem Fluid bzw. einem Kühlmedium durchströmt wird. Dabei ist die Querschnittsfläche ferner vorzugsweise so definiert, dass diese stets zu zwei von drei im rechten Winkel zueinander positionierten Ebenen senkrecht ausgerichtet ist. D.h., dass bei Verwendung eines x,y,z-Koordinatensystems die Querschnittsfläche beispielsweise senkrecht auf der von x-y-aufgespannten Ebene und auf der von x-z-aufgespannten Ebene steht.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn sich der erste Teilbereich vom Einlass zum Auslass erstreckt. Somit können zum Kühlen von beispielsweise Leistungsendstufenmodulen mehrere Kühlkammern bzw. weitere Teilbereiche, die vorzugsweise quer zur Erstreckungsrichtung des Kühlgehäuses ausgebildet sind, wobei sich die Erstreckungsrichtung vorteilhafterweise zwischen dem Ein- und Auslass erstreckt, mit einem Fluid bzw. mit einem Kühlmedium gleichzeitig versorgt werden.
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Günstigerweise erstreckt sich der dritte Teilbereich des Kühlgehäuses vom Auslass zum Einlass. Dementsprechend ist dieser vorteilhafterweise entgegengesetzt zum ersten Teilbereich des Fluidkanals des Kühlgehäuses ausgebildet. Dies erlaubt es, Fluid bzw. ein Kühlmedium, das Wärme von beispielsweise Leistungsendstufenmodulen aufgenommen hat, schnell und einfach über den Auslass abzutransportieren.
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Vorzugsweise weist der dritte Teilbereich eine Querschnittsfläche auf, die im Verlauf vom Einlass zum Auslass zunimmt. Somit ist auch der dritte Teilbereich ausgebildet, geringen hydraulischen Widerstand zu verursachen.
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Auch ist es von Vorteil, wenn die Querschnittsfläche des zweiten Teilbereichs konstant ist. Dieser Bereich eignet sich vorzugsweise dazu, Wärme mit Leistungsendstufenmodulen zu tauschen. Dabei ist eine konstante Querschnittsfläche von Vorteil, da diese einen gleichmäßigen Wärmeaustausch ermöglicht.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Kühlgehäuse eine erste und eine zweite Ebene aufweist, wobei vorzugsweise die erste Ebene den ersten und dritten Teilbereich umfasst. Dies erlaubt eine platzsparende Konstruktion.
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Auch ist es bevorzugt, wenn die zweite Ebene den zweiten Teilbereich umfasst, in welchem ein Kühlmedium Wärme mit einem zu kühlenden Bauteil bzw. mit einem Leistungsendstufenmodul tauscht.
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Dabei sind günstigerweise die erste Ebene und die zweite Ebene übereinander angeordnet. Somit kann also Fluid bzw. ein Kühlmedium aus dem ersten Teilbereich bzw. aus der ersten Ebene in den zweiten Teilbereich bzw. in die zweite Ebene und anschließend in den dritten Teilbereich bzw. erneut in die erste Ebene fließen. Wie bereits erwähnt, ist auf diese Art und Weise eine platzsparende Kühlungsmöglichkeit gegeben.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das Kühlgehäuse einen zweiten Fluidkanal mit einem vierten und einem fünften Teilbereich aufweist. Dies erlaubt weitere Möglichkeiten des Zu- und Abflusses eines Kühlmediums zu gewährleisten.
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Bevorzugterweise sind der vierte, der zweite und der fünfte Teilbereich des Kühlgehäuses, die vorzugsweise den zweiten Fluidkanal bilden, in Fließrichtung hintereinander angeordnet und miteinander verbunden.
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Dabei ist es günstig, wenn sich der vierte Teilbereich vom Einlass zum Auslass erstreckt und eine Querschnittsfläche aufweist, die im Verlauf vom Einlass zum Auslass abnimmt. Folglich sind beispielsweise Leistungsendstufenmodule mehrerer Kühlkammern bzw. weiterer Teilbereiche, die vorzugsweise quer zur Erstreckungsrichtung des Kühlgehäuses bzw. des vierten Teilbereichs ausgebildet sind, mit einem Fluid bzw. mit einem Kühlmedium gleichzeitig kühlbar.
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Zur näheren Erklärung wird darauf hingewiesen, dass beispielsweise die Erstreckungsrichtung des Kühlgehäuses, die vorzugsweise den Ein- und den Auslass miteinander verbindet, sich von Osten nach Westen erstreckt, während sich quer dazu, also von Norden nach Süden, die Kühlkammern bzw. der zweite Teilbereich erstreckt.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Richtungsangabe „im Verlauf vom Einlasszum Auslass“ oder umgekehrt sinngemäß mit der Erstreckungsrichtung übereinstimmt.
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Vorzugsweise erstreckt sich der fünfte Teilbereich des Kühlgehäuses vom Auslass zum Einlass. Dementsprechend ist dieser vorteilhafterweise entgegengesetzt zum vierten Teilbereich des Fluidkanals ausgebildet. Diese Ausbildung gestattet es, Fluid bzw. ein Kühlmedium, das Wärme von beispielsweise Leistungsendstufenmodulen aufgenommen hat, schnell und einfach über den Auslass abzutransportieren.
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Vorteilhafterweise weist der fünfte Teilbereich eine Querschnittsfläche auf, die im Verlauf vom Einlass zum Auslass zunimmt. Diese Ausgestaltung bringt einen geringen hydraulischen Widerstand.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Kühlgehäuse eine dritte Ebene aufweist, wobei vorzugsweise die dritte Ebene den vierten und fünften Teilbereich umfasst. Somit sind also auch der vierte und fünfte Teilbereich in einer Ebene angeordnet bzw. anordenbar, wodurch eine platzsparende Konstruktion gewährleistet wird.
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Bevorzugt ist ferner, dass die erste Ebene, die zweite Ebene und die dritte Ebene übereinander angeordnet sind. In der logischen Konsequenz kann also eine platzsparende räumliche Anordnung für einen ersten und einen zweiten Fluidkanal innerhalb eines Kühlgehäuses gewährleistet werden.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn der erste und der dritte Teilbereich und/oder der vierte und der fünfte Teilbereich komplementäre Formen aufweisen, insbesondere keil- oder pfeilförmig ausgebildet sind. Auf diese Weise können die genannten Teilbereiche einfach in einer gemeinsamen Ebene ausgebildet werden, da beispielsweise eine Keilform durch Teilen einer rechteckigen Grundstruktur z. B. des Kühlgehäuses in der Diagonale geschaffen werden kann. Die Pfeilform ist beispielsweise dadurch realisierbar, indem eine rechteckige Grundstruktur z. B. des Kühlgehäuses in drei dreieckige Formen, insbesondere symmetrisch, untergliedert wird. Eine der dreieckigen Formen ist vorzugsweise dabei pfeilförmig bzw. pfeilspitzenförmig und die anderen beiden Formen komplementär dazu ausgebildet, um die rechteckige Grundstruktur zu bilden. Ferner ist es günstig, wenn in dem Bereich, in welchem der erste und/oder der vierte Teilbereich eine große Querschnittsfläche aufweist, der dritte und/oder der fünfte Teilbereich eine kleine Querschnittsfläche umfassen.
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Vorteilhafterweise weist in dem Bereich, in welchem der dritte und/oder der fünfte Teilbereich eine große Querschnittsfläche aufweist, der erste und/oder vierte Teilbereich eine kleine Querschnittsfläche auf.
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Gemäß den beiden vorgenannten Merkmalen ist es also von Vorteil, wenn sich die kleinen Querschnittsflächen mit den großen Querschnittsflächen ergänzen. Dadurch ist nämlich eine Ergänzung der beiden Querschnittsflächen zu beispielsweise einer rechteckigen bzw. quaderförmigen Grundstruktur des Kühlgehäuses möglich.
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Bevorzugterweise bilden der erste, dritte, vierte und/oder fünfte Teilbereich Zuführkammern, die ein Kühlmedium zu einem zu kühlenden Bauteil, insbesondere dem zweiten Teilbereich, zu führen. Auch ist es günstig, wenn der zweite Teilbereich eine Kühlkammer bildet, in welcher vorzugsweise ein zu kühlendes Bauteil angeordnet ist.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn der erste, der zweite und der dritte Teilbereich des Kühlgehäuses jeweils einen Eingang und jeweils einen Ausgang aufweisen. Auf diese Weise kann eine Fluidkommunikation zwischen den einzelnen Teilbereichen realisiert werden.
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Dabei ist es günstig, wenn der Eingang des ersten Teilbereichs am Einlass angeordnet ist, und wenn vorzugsweise der Ausgang des ersten Teilbereichs am Eingang des zweiten Teilbereichs angeordnet ist, und wenn vorzugsweise der Ausgang des zweiten Teilbereichs am Eingang des dritten Teilbereichs angeordnet ist, und wenn vorzugsweise der Ausgang des dritten Teilbereichs am Auslass angeordnet ist. Somit ist ein Fluidkanal bzw. ein erster Fluidkanal auf simple Weise bildbar.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der vierte und der fünfte Teilbereich des Kühlgehäuses jeweils einen Eingang und jeweils einen Ausgang aufweisen. Dies erlaubt eine einfache Fluidkommunikation zwischen den einzelnen Teilbereichen.
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Günstigerweise ist der Eingang des vierten Teilbereichs am Einlass angeordnet, wobei vorzugsweise der Ausgang des vierten Teilbereichs am Eingang des zweiten Teilbereichs angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Ausgang des zweiten Teilbereichs am Eingang des fünften Teilbereichs angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Ausgang des fünften Teilbereichs am Auslass angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich ein geschlossener Fluidkanal bzw. ein zweiter Fluidkanal einfach bilden.
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Erfindungsgemäß umfasst bei einem zweiten Aspekt eine Leistungselektronik Leistungsendstufenmodule und eine Kühlvorrichtung.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale der Kühlvorrichtung, wie sie unter dem ersten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei der Leistungselektronik Anwendung finden können.
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Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend die Kühlvorrichtung können auch hier unter dem zweiten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden.
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Vorteilhaftweise sind innerhalb des Kühlgehäuses der Kühlvorrichtung die Leistungsendstufenmodule angeordnet. Auf diese Weise ist eine Kühlung der Leistungsendstufenmodule durch die Kühlvorrichtung möglich.
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Bevorzugterweise sind die Leistungsendstufenmodule in Reihe zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet und weisen jeweils wenigstens zwei Oberflächen auf. Diese Oberflächen der Leistungsendstufenmodule dienen der Kühlung. Günstigerweise sind die Oberflächen ähnlich einem Kühlkörper ausgebildet. Somit kann beispielsweise ein Kühlmedium Wärme mit den Oberflächen tauschen.
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Ferner ist es günstig, wenn die Leistungsendstufenmodule in dem zweiten Teilbereich des Kühlgehäuses angeordnet sind. Durch diese Anordnung an diesem Ort ist eine einfache Anordnung der Leistungsendstufenmodule innerhalb der Kühlvorrichtung gewährleistbar.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die Leistungsendstufenmodule derart in dem zweiten Teilbereich des Kühlgehäuses angeordnet sind, dass ein Kühlmedium vom ersten Teilbereich mit einer ersten Oberfläche der Leistungsendstufenmodule Wärme tauschen kann, und dass ein Kühlmedium vom vierten Teilbereich mit einer zweiten Oberfläche der Leistungsendstufenmodule Wärme tauschen kann. Auf diese Weise sind zwei Oberflächen der Leistungsendstufenmodule kühlbar und von verschiedenen Teilbereichen mit einem Kühlmedium bzw. Fluid zum Wärmetausch versorgbar.
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Vorzugsweise ist der zweite Teilbereich auf die Größe der Leistungsendstufenmodule angepasst, sodass ein Leistungsendstufenmodul im Zusammenspiel mit dem zweiten Teilbereich mindestens zwei voneinander getrennte Fluidpassagen bildet, die ein getrenntes Kühlen zweier Oberflächen eines Leistungsendstufenmoduls gestatten. Mittels der voneinander getrennten Fluidpassagen können die beiden Oberflächen eines Leistungsendstufenmoduls einfach und effektiv gekühlt werden. Auch dienen die beiden Fluidpassagen dazu, den Strömungswiderstand bzw. Strömungsverluste zu minimieren.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die eine Fluidpassage mit Kühlmedium von dem ersten Teilbereich versorgbar ist, und dass vorzugsweise die andere Fluidpassage mit Kühlmedium von dem vierten Teilbereich versorgbar ist. Dies dient, wie bereits angedeutet, ebenfalls der einfachen und effektiven Kühlung der Oberflächen eines Leistungsendstufenmoduls bei gleichzeitiger Minimierung von Strömungsverlusten bzw. -widerständen.
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Vorteilhafterweise ist das Kühlmedium vom Einlass auf den ersten und vierten Teilbereich, insbesondere zu gleichen Teilen, aufteilbar. Somit gelangt Kühlmedium zu gleichen Teilen an die Oberflächen der Leistungsendstufenmodule.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen schematisch:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung in diversen Schnittansichten;
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2 eine Leistungselektronik mit Leistungsendstufenmodulen und einer Kühlvorrichtung;
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3 die Leistungselektronik aus 2 in einer weiteren Ansicht; und
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung in diversen Ansichten.
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In nachfolgender Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung 20 zum Kühlen von Leistungselektronik 1 mittels eines Kühlmediums in zwei Schnittansichten, die oben und unten angeordnet sind.
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Die obere Schnittansicht zeigt die Kühlvorrichtung 20 in einem Längsschnitt, welcher teilweise den inneren Aufbau darstellt.
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Die Kühlvorrichtung 20 weist dabei ein Kühlgehäuse 21, einen Einlass 22 und einen Auslass 23 für ein Kühlmedium auf.
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Unter Bezugnahme auf beide Schnittansichten, wobei die untere ein Schnitt entlang A-A bzw. B-B aus der oberen ist, wird der weitere Aufbau der Kühlvorrichtung 20 erläutert.
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Das Kühlgehäuse 21 hat einen ersten Fluidkanal mit einem ersten Teilbereich 24, einem zweiten Teilbereich 25 und einem dritten Teilbereich 26. Ferner umfasst das Kühlgehäuse 21 einen zweiten Fluidkanal mit einem vierten Teilbereich 27, einem fünften Teilbereich 28 und dem zweiten Teilbereich 25.
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Sowohl der erste Teilbereich 24, der dritte Teilbereich 26, der vierte Teilbereich 27 als auch der fünfte Teilbereich 28 des Kühlgehäuses 21 erstrecken sich vom Einlass 22 zum Auslass 23 bzw. vom Auslass 23 zum Einlass 22.
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Hingegen erstreckt sich der zweite Teilbereich 25 in Querrichtung bzw. quer zu einer gedachten Linie vom Ein- 22 zum Auslass 23.
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Die drei Teilbereich 24, 25, 26 des Kühlgehäuses 21, die den ersten Fluidkanal bilden, sind in Fließrichtung F hintereinander angeordnet und miteinander verbunden.
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Die drei Teilbereiche 27, 25, 28 bzw. der vierte, der zweite und der fünfte Teilbereich 27, 25, 28 des Kühlgehäuses 21, die den zweiten Fluidkanal bilden, sind ebenfalls in Fließrichtung F hintereinander angeordnet und miteinander verbunden.
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Zusammengefasst ist also ein Kühlmedium, eingebracht am Einlass 22, in der Lage durch den ersten 24, den zweiten 25 und den dritten Teilbereich 26 des ersten Fluidkanals zum Auslass 23 zu fließen, wohingegen das Kühlmedium, ebenfalls eingebracht am Einlass 22, in der Lage ist, durch den vierten 27, den zweiten 25 und den fünften Teilbereich 28 zum Auslass 23 zu fließen. Somit teilen sich also die beiden Fluidkanäle den zweiten Teilbereich 25.
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In diesem Zusammenhang bilden also der erste 24, dritte 26, vierte 27 und/oder fünfte Teilbereich 28 Zuführkammern, die ein Kühlmedium zu einem zu kühlenden Bauteil, insbesondere zu dem zweiten Teilbereich 25, führen. Hingegen bildet der zweite Teilbereich 25 eine Kühlkammer, in welcher vorzugsweise ein zu kühlendes Bauteil anordenbar ist.
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Die einzelnen Fluidkanal bildenden Teilbereiche des Kühlgehäuses 21 sind in Ebenen angeordnet. So weist das Kühlgehäuse 21 eine erste E1, eine zweite E2 und eine dritte Ebene E3 auf. Dieser Sachverhalt ist noch mal verbessert in 3 bzw. der Schnittansicht von 3 gezeigt.
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Dabei umfasst die erste Ebene E1 den ersten 24 und dritten Teilbereich 26, die zweite Ebene E2 den zweiten Teilbereich 25 und die dritte Ebene E3 den vierten 27 und fünften Teilbereich 28. Die zweite Ebene dient im Wesentlichen dazu, Wärme mit einem zu kühlenden Bauteil, beispielsweise einem Leistungsendstufenmodul, über ein Kühlmedium zu tauschen.
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Die drei Ebenen sind, wie 1, 2 und 3 unschwer zeigen, übereinander angeordnet und bilden vereinfacht gesagt zusammen das Kühlgehäuse 20 in einer platzsparenden Ausführungsform.
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Der erste Teilbereich 24 und der vierte Teilbereich 27 – siehe Schnittansicht A-A bzw. B-B – weisen jeweils eine Querschnittsfläche Q bzw. Q1, Q2, Q3, Q4 auf, von der in der unteren Schnittansicht lediglich die Länge jedoch nicht die Höhe, die konstant ausgebildet ist, dargestellt ist.
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Unter einer Querschnittsfläche wird im vorliegenden Zusammenhang eine Fläche verstanden, die von einem Fluid bzw. einem Kühlmedium durchströmt wird. Dabei ist die Querschnittsfläche vorzugsweise so definiert, dass diese stets zu zwei von drei im rechten Winkel zueinander positionierten Ebenen senkrecht ausgerichtet ist. D.h., dass bei Verwendung eines x,y,z-Koordinatensystems die Querschnittsfläche beispielsweise senkrecht auf der von x-y-aufgespannten Ebene und auf der von x-z-aufgespannten Ebene steht. Genanntes Koordinatensystem findet sich beispielsweise in 1.
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Während die Querschnittsfläche Q des ersten und vierten Teilbereichs 24, 27 im Verlauf vom Einlass 22 zum Auslass 23 abnimmt, nimmt die Querschnittsfläche des dritten und fünften Teilbereichs 20, 28 in gleichem Maße zu.
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Wie der unteren Schnittansicht von 1 zu entnehmen ist, sind der erste und der dritte Teilbereich 24, 26 sowie der vierte und der fünfte Teilbereich 27, 28 komplementär ausgebildet hinsichtlich ihrer Form bzw. weisen diese komplementäre Formen auf.
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Dabei sind gemäß 1–3 der erste, dritte, vierte und fünfte Teilbereich 24, 26, 27, 28 keilförmig ausgebildet. Der erste und vierte Teilbereich 24, 27 weisen dabei nach dem Einlass 22 eine große Querschnittsfläche Q1 auf, die sich aufgrund der Keilform der beiden Teilbereiche in Richtung des Auslasses 23 auf die Querschnittsfläche Q3 verkleinert.
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Andersherum verhält es sich betreffend den dritten und fünften Teilbereich 27, 28. Diese weisen auf Seiten des Einlasses 22 eine Querschnittsfläche Q2 auf, die im Vergleich zur Querschnittsfläche Q4 auf Seiten des Auslasses 23 kleiner ist.
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Obigen Sachverhalt mit anderen Worten ausgedrückt, weist in dem Bereich, in welchem der erste und der vierte Teilbereich 24, 27 eine große Querschnittsfläche Q bzw. Q1 hat, der dritte und der fünfte Teilbereich 26 eine kleine Querschnittsfläche Q bzw. Q2 auf.
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Nochmals anders ausgedrückt, weist in dem Bereich, in welchem der dritte und/oder der fünfte Teilbereich 26 eine große Querschnittsfläche Q bzw. Q4 hat, der erste und vierte Teilbereich 24, 27 eine kleine Querschnittsfläche Q bzw. Q3 auf.
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Hinsichtlich der Querschnittsfläche Q des zweiten Teilbereichs 25 kann den 1–3 entnommen werden, dass diese Fläche konstant ausgebildet ist.
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2 zeigt eine Leistungselektronik 1 mit Leistungsendstufenmodulen 2, 3, 4 und eine Kühlvorrichtung 20 vor dem Zusammenbau.
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Dabei werden innerhalb des Kühlgehäuses 21 der Kühlvorrichtung 20 die Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 angeordnet. Zur leichteren Darstellung und zur Einsicht in das Innere der Kühlvorrichtung 20 sind seitliche Teile 30, 31 von der eigentlichen Kühlvorrichtung 20 beanstandet, die jedoch im Zusammenspiel eine fluiddichte Kühlvorrichtung 20 ergeben.
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Wie 2 ferner zu entnehmen ist, sind die Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 in Reihe zwischen dem Einlass 22 und dem Auslass 23 angeordnet. Dabei weist jedes Leistungsendstufenmodul wenigstens zwei Oberflächen O1, O2 auf.
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Die Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 werden beim Zusammenbau in dem bzw. innerhalb des zweiten Teilbereichs 25 des Kühlgehäuses 21 angeordnet.
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Nach dem Zusammenbau sind die Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 im Ergebnis derart in dem zweiten Teilbereich 25 des Kühlgehäuses 21 angeordnet, dass ein Kühlmedium vom ersten Teilbereich 24 mit einer ersten Oberfläche O1 der Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 Wärme tauschen kann, und dass ein Kühlmedium vom vierten Teilbereich 27 mit einer zweiten Oberfläche O2 der Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 Wärme tauschen kann. Dieser und der nachfolgende Sachverhalt sind einfach der Schnittansicht aus 3 zu entnehmen.
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Der zweite Teilbereich 25 ist auf die Größe der Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 angepasst, sodass ein Leistungsendstufenmodul 2, 3, 4 im Zusammenspiel mit dem zweiten Teilbereich 25 mindestens zwei voneinander getrennte Fluidpassagen FP1, FP2 bildet, die ein getrenntes Kühlen zweier Oberflächen O1, O2 eines Leistungsendstufenmoduls 2, 3, 4 gestatten (siehe Schnittansicht in 3).
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Anders ausgedrückt sind die Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 und die Querschnittsfläche des zweiten Teilbereichs 25 derart aufeinander abgestimmt, dass die Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 mittig in dem zweiten Teilbereich 25 angeordnet sind.
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Auf diese Weise bilden sich die mindestens zwei Fluidpassagen FP1, FP2, nämlich eine auf der Oberfläche O1 und eine auf der Oberfläche O2 eines jeden Leistungsstufenendmoduls 2, 3, 4.
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Hierbei wird die Oberfläche O1 von der Fluidpassage FP1 mit Kühlmedium von dem ersten Teilbereich 24 versorgt, während die Oberfläche O2 von der Fluidpassage FP2 mit Kühlmedium von dem vierten Teilbereich 27 versorgt wird.
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3 zeigt die Leistungselektronik 1 aus 2 in einer weiteren, leicht veränderten Ansicht. Vielmehr wird betreffend 3 im nachfolgenden erläutert, welchen Weg ein Kühlmedium vom Einlass 22 hin zum Auslass 23 nimmt.
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So weisen der erste, der zweite und der dritte Teilbereich 24, 25, 26 des Kühlgehäuses 21 jeweils einen Eingang 24E, 25E, 26E und jeweils einen Ausgang 24A, 25A, 26A auf.
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Dabei ist der Eingang 24E des ersten Teilbereichs 24 am Einlass 22 und der Ausgang 24A des ersten Teilbereichs am Eingang 25E des zweiten Teilbereichs 25 angeordnet.
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Ferner ist der Ausgang 25A des zweiten Teilbereichs 25 am Eingang 26E des dritten Teilbereichs 26 und der Ausgang 26A des dritten Teilbereichs 26 am Auslass 23 angeordnet.
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Durch oben erläuterte Ausbildung der jeweiligen Eingänge an den jeweiligen Ausgängen bzw. am Einlass oder am Auslass ergibt sich für den ersten, zweiten und dritten Teilbereich 24, 25, 26 ein erster Fluidkanal.
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Ein ähnliches Vorgehen ergibt sich für den vierten und fünften Teilbereich 27, 28.
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Dabei weisen der vierte und der fünfte Teilbereich 27, 28 des Kühlgehäuses 21 jeweils einen Eingang 27E, 28E und jeweils einen Ausgang 27A, 28A auf.
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Hierbei ist der Eingang 27E des vierten Teilbereichs 27 am Einlass 22 und der Ausgang 27A des vierten Teilbereichs am Eingang 25E des zweiten Teilbereichs 25 angeordnet.
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Ferner ist der Ausgang 25A des zweiten Teilbereichs 25 am Eingang 28E des fünften Teilbereichs 28 und der Ausgang 28A des fünften Teilbereichs 26 am Auslass 23 angeordnet.
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Durch die Anordnung der jeweiligen Eingänge an den jeweiligen Ausgängen bzw. am Einlass oder am Auslass ergibt sich für den vierten, zweiten und fünften Teilbereich 27, 25, 28 ein weiterer, zweiter Fluidkanal.
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Folglich ergibt sich an den Ein- und Ausgängen der jeweiligen Teilbereiche eine Fluidverbindung zwischen den einzelnen Teilbereichen, wobei die Fluidverbindung bzw. die Fluidverbindungen den ersten und zweiten Fluidkanal mit bilden.
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Dabei sind die Fluidverbindungen an den seitlichen Gehäuseteile 30, 31 angeordnet. Auf diese Weise kann also das gesamte in die Kühlvorrichtung 20 eingebrachte Kühlmedium über die komplette Oberfläche O1, O2 eines Leistungsendstufenmoduls 2, 3, 4 strömen und somit mit der Oberfläche des jeweiligen Moduls Wärme tauschen. Dieser Sachverhalt ist auch durch Strömungspfeile in der Schnittansicht, dargestellt in 3, gezeigt.
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Zusammengefasst kann also festgehalten werden, dass beim Durchströmen des ersten Fluidkanals und des zweiten Fluidkanals mit einem Kühlmedium zwei Oberflächen O1, O2 eines Leistungsendstufenmoduls 2, 3, 4 durch Wärmetausch gekühlt werden können, wobei sich die beiden Fluidkanäle den zweiten Teilbereich 25 teilen.
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Aufgrund der Anordnung der Ein- und Ausgänge der jeweiligen Teilbereiche an den Seiten bzw. am Rand bzw. in Anordnung an den Gehäuseteile 30, 31 strömt also ein am Einlass 22 eingebrachtes Kühlmedium – vereinfacht dargestellt – von einer Längsseite der Kühlvorrichtung 20 zur anderen gegenüberliegenden Längsseite. Dabei strömt das Kühlmedium über die komplette Oberfläche O1 oder O2 eines Leistungsendstufenmoduls 2, 3, 4.
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Anders ausgedrückt, strömt ein eingebrachtes Kühlmedium – vereinfacht dargestellt – von außen nach innen bzw. von Gehäuseteil 30, 31 zu Gehäuseteil 31, 30 über die jeweilige komplette Oberfläche O1, O2 eines Leistungsendstufenmoduls 2, 3, 4.
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Auch wird darauf hingewiesen, dass die Kühlvorrichtung 20 so ausgebildet ist, dass das Kühlmedium vom Einlass 22 auf den ersten und vierten Teilbereich 24, 27, insbesondere zu gleichen Teilen, aufgeteilt wird.
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4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung 20 in diversen Ansichten.
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Dieses ist hinsichtlich der Ebenen E1, E2, E3 und der Teilbereiche 24 bis 28 innerhalb der Ebenen identisch aufgebaut. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel befindet sich jedoch die Fluidverbindung des ersten Teilbereichs 24 mit dem zweiten 25 bzw. des vierten Teilbereichs 27 mit dem fünften 28 mittig innerhalb der Kühlvorrichtung 20.
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Auf diese Weise strömt also ein eingebrachtes Kühlmedium vereinfacht dargestellt von innen nach außen bzw. in Richtung der Gehäuseteile 30, 31 über die jeweiligen Oberflächen O1, O2 eines Leistungsendstufenmoduls 2, 3, 4. Dies ist in der Schnittansicht B-B dargestellt.
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Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ergibt sich durch diese Anordnung ein kürzerer Weg des Kühlmediums entlang der Oberfläche eines Leistungsendstufenmoduls 2, 3, 4, da das Kühlmedium von der Mitte zu beiden Längsseiten hin strömt.
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Identisch wie zum Ausführungsbeispiel nach den 1–3 erstrecken sich die Längsseiten vom Einlass 22 zum Auslass 23. Im Ergebnis ist also eine effektivere Kühlung möglich. Der Unterschied in den in den Strömungswegen des Kühlungsmediums ist in der Zusammenschau der Schnittdarstellungen in 3 und B-B in 4 einfach und schnell zu erkennen.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, weisen der erste und der dritte Teilbereich 24, 26 und der vierte und der fünfte Teilbereich 27, 28 komplementäre Formen auf. Im vorliegenden Fall sind der erste und dritte Teilbereich 24, 26 pfeilförmig ausgebildet, wobei der erste Teilbereich 24 eine Pfeilspitze bildet und der dritte Teilbereich 26 das komplementäre Gegenstück bzw. ergänzt der dritte Teilbereich den ersten Teilbereich zu einem Rechteck.
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Betreffend die Querschnittsflächen der jeweiligen Teilbereiche sind die Aussagen, getroffen zum ersten Ausführungsbeispiel, analog anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leistungselektronik
- 2
- Leistungsendstufenmodul
- 3
- Leistungsendstufenmodul
- 4
- Leistungsendstufenmodul
- 20
- Kühlvorrichtung
- 21
- Kühlgehäuse
- 22
- Einlass
- 23
- Auslass
- 24
- erster Teilbereich
- 25
- zweiter Teilbereich
- 26
- dritter Teilbereich
- 27
- vierter Teilbereich
- 28
- fünfter Teilbereich
- 24E, 25E, 26E, 27E, 28E
- Eingang
- 24A, 25A, 26A, 27A, 28A
- Ausgang
- 30
- seitliches Teil des Kühlgehäuses
- 31
- seitliches Teil des Kühlgehäuses
- F
- Fließrichtung
- FP1
- erste Fluidpassage
- FP2
- zweite Fluidpassage
- E1
- erste Ebene
- E2
- zweite Ebene
- E3
- dritte Ebene
- Q
- Querschnittsfläche
- Q1–Q4
- Querschnittsflächen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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