DE102016102832A1

DE102016102832A1 - Gerät mit einem eine Leistungselektronik umfassenden Leistungsteil und einem dieses umgebenden Gehäuse, insbesondere Schweißgerät, und Gehäuse für ein Schweißgerät

Info

Publication number: DE102016102832A1
Application number: DE102016102832.0A
Authority: DE
Inventors: Rolf Stumpp
Original assignee: Rehm & Co KG GmbH
Current assignee: Rehm & Co KG GmbH
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2017-08-24
Also published as: DE202016008394U1

Abstract

Gerät mit einem eine Leistungselektronik umfassenden Leistungsteil und einem dieses umgebenden Gehäuse (100), insbesondere Schweißgerät mit einer Schweißstromquelle, bei dem das Gehäuse (100) in seinem Inneren Elektronikkomponenten (700) und Kühlkomponenten mit mindestens einem Kühlkörper (500) enthält, welcher eine Basisplatte (502) und mit dieser in thermisch leitender Verbindung stehende, von Kühlluft umströmte Kühlelemente (501) aufweist. Eine besonders effiziente Kühlung kann dadurch erreicht werden, dass die Kühlelemente (501) stiftartig ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät mit einem eine Leistungselektronik umfassenden Leistungsteil und einem dieses umgebenden Gehäuse, insbesondere ein Schweißgerät mit einer Schweißstromquelle, bei dem das Gehäuse in seinem Inneren Elektronikkomponenten und Kühlkomponenten mit mindestens einem Kühlkörper enthält, welcher eine Basisplatte und mit dieser in thermisch leitender Verbindung stehende, von Kühlluft umströmte Kühlelemente aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Gehäuse.
Geräte mit einem Leistungsteil der eingangs genannten Art kommen für unterschiedliche Anwendungsfälle zum Einsatz, beispielsweise bei Schweißgeräten mit Schweißstromquellen, aber auch Schneidgeräten, Wechselrichtern oder weiteren Anwendungen, bei denen aufgrund hoher elektrischer Leistungen (typischerweise im Leistungsbereich von 2 kW bis 20 kW oder höher) eine beträchtliche Abwärme abzuführen ist. Bei Schweißgeräten betreffen typische Einsatzgebiete beispielsweise WIG/TIG-, MIG/MAG-Schweißverfahren, Plasma- oder Lötverfahren, oder dergleichen. Dabei wird in der Schweißstromquelle mittels Leistungselektronik der für das Schweißen benötigte hohe elektrische Strom erzeugt, wobei in der Regel eine hohe Abwärme durch die Elektronikkomponenten anfällt. Daher ist eine ausreichende Kühlung der Elektronikkomponenten in dem Gehäuse zu gewährleisten, womit ein nicht geringer konstruktiver und funktionsbedingter Aufwand verbunden ist.
In der DE 10 2015 209 375 A1 ist eine Kühlvorrichtung zur Kühlung in einem Gehäuse angeordneter leistungselektronischer Komponenten angegeben, wobei die Kühlvorrichtung einen Kühlkörper mit auf einer Grundfläche angeordneten Kühlfinnen aufweist. Die Kühlvorrichtung ist unter anderem zur Kühlung von Wechselrichtern von Photovoltaikanlagen oder Schweißstromquellen eines Schweißgeräts einsetzbar. Aufgrund seiner Ausgestaltung mit integriertem Lüfter und Kühlfinnen ist der Flächenbedarf der Kühlvorrichtung verhältnismäßig groß, sodass insbesondere in kompakten Gehäusen die konstruktive Ausgestaltung mit der Anordnung des Kühlkörpers schwierig ist und Einschränkungen unterliegt.
Ein weiteres Schweißgerät mit einer Kühlung ist in der DE 20 2010 008 321 U1 offenbart. Dabei befinden sich in einem Gehäuseinneren ein Gehäuseabschnitt mit einem Leistungsteil sowie Kühlkörper, die zur Kühlung der Komponenten und Bauelemente dienen. Die nähere Ausführung der Kühlkörper ist nicht beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein benutzerfreundliches Gerät, insbesondere Schweißgerät, der eingangs genannten Art mit effizienten Kühleigenschaften für den Leistungsteil, beispielsweise die Schweißstromquelle, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 20 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die Kühlelemente stiftartig ausgebildet sind. „Stiftartig” bedeutet hier, dass die Ausdehnung der Kühlelemente in eine Raumrichtung (vorzugsweise in ihrer Längs- bzw. Höhenrichtung, rechtwinklig zu der Basisplatte) wesentlich größer ist, z. B. mindestens dreimal größer, als in die beiden anderen zur Höhenrichtung rechtwinkligen Raumrichtungen. Dabei weisen die Kühlelemente vorzugsweise einen symmetrischen Querschnitt (orthogonal zur Höhenrichtung) auf, der insbesondere rund, aber auch von anderer Form, wie oval, vieleckig (auch mit abgerundeten Ecken) oder dergleichen sein kann. Die runde Form bietet einen geringen Strömungswiderstand. Durch eine derartige Ausgestaltung der Kühlelemente lässt sich ein besonders effizienter Kühlkörper mit einer hohen Kühlleistung pro Masse erhalten: Die stiftartige Gestalt begünstigt die Ausbildung einer turbulenten Strömung an der wirksamen, im Wesentlichen durch die Kühlelemente gebildeten Wärmeabgabeoberfläche des Kühlkörpers, wodurch eine gute Wärmeabgabe von dem Kühlkörper an die Luft erreicht wird, die zur Kühlung an den Kühlelementen vorbeiströmt. Dabei kann die kühlende Luftströmung passiv oder aktiv erzeugt sein. Auf diese Weise wird die Kühlleistung insbesondere im Vergleich zu bei Schweißgeräten herkömmlich eingesetzten Lamellenkühlkörpern verbessert und es kann ein vergleichsweise kompakter Kühlkörper eingesetzt werden. Weiterhin bietet die stiftartige Ausbildung den Vorteil, dass der Kühlkörper aus unterschiedlichen Richtungen von Luft durchströmbar ist, was eine hohe Flexibilität bezüglich der Einbauposition des Kühlkörpers bietet. So ist die stiftartige Ausgestaltung insbesondere bei tragbaren oder anderen kompakten Schweißgeräten von Vorteil, kann aber auch bei größeren Geräten günstig sein.
Wenn die Kühlelemente an der Basisplatte angeformt sind, ist eine gute Wärmeübertragung, insbesondere durch Wärmeleitung, zwischen der Basisplatte und den Kühlelementen erreichbar. So kann beispielsweise Wärme von den Elektronikkomponenten an die Basisplatte abgegeben, von dort an die Kühlelemente geleitet und ausgehend von den Kühlelementen durch die Luftströmung nach außen abtransportiert werden.
Mit einer hohen Präzision und zeiteffizient lässt sich ein geeigneter Kühlkörper herstellen, wenn die Kühlelemente an der Basisplatte mittels eines Fließpressverfahrens, insbesondere durch Kaltumformung, angeformt sind. Denkbar sind auch andere Herstellungsverfahren, beispielsweise auch, die Kühlelemente einzeln einzupressen. Je nach Herstellungsart kann ein vorgefertigter Zustand des Kühlkörpers nachbearbeitet werden, beispielsweise durch Fräsen, Anpassen der Kühlelemente in ihrer Länge (bzw. Höhe) oder andere Nachbearbeitungsschritte.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuse in seinem Inneren einen Elektronikbereich, in dem Elektronikkomponenten angeordnet sind, und einen Kühlbereich auf, wobei der Kühlkörper mit den Kühlelementen in den Kühlbereich vorstehend in dem Gehäuse angeordnet ist. Denkbar sind auch mehrere Elektronik- und/oder Kühlbereiche in dem Gehäuse. Durch eine derartige Unterteilung des Gehäuses können empfindliche Elektronikkomponenten der Leistungselektronik, wie z. B. eine Zündplatine, eine PFC(Power Factor Correction)-Platine und/oder zumindest Teile einer Steuerungselektronik und/oder auch andere Komponenten, geschützt in dem Elektronikbereich angeordnet werden, wo sie, je nach Ausgestaltung, nicht direkt von der kühlenden Luft beaufschlagt bzw. umströmt werden und z. B. geschützt gegenüber einer staub- oder feuchtigkeitsbeladenen Atmosphäre untergebracht sind. So kann eine Verunreinigung der empfindlichen Elektronikkomponenten, beispielsweise durch abrasive und/oder leitende Stäube in der Kühlluft, vermieden werden, was die Robustheit des Schweißgeräts erhöht und seine Einsatzmöglichkeiten erweitern kann. Jedoch können auch Elektronikkomponenten in dem Kühlbereich angeordnet werden, insbesondere wenn sie, wie z. B. der Schweißtransformator, weniger empfindlich und/oder besonders kühlintensiv sind.
Eine gute Kühlwirkung ist dadurch erreichbar, dass dem Kühlbereich zumindest ein Lüfter zur Erzeugung eines Luftstroms in dem Kühlbereich zugeordnet ist, der die Kühlelemente zur Erzeugung einer Kühlwirkung umströmt. Damit der Lüfter gut wirksam werden kann, sind dabei vorzugsweise mit dem Kühlbereich in Verbindung stehende Öffnungen an dem Gehäuse vorgesehen, insbesondere eine Lufteintritts- und -austrittsöffnung.
Ebenfalls einer guten Kühlwirkung ist es zuträglich, wenn in dem Kühlbereich zumindest ein von Luft durchströmter Kühlkanal gebildet ist, wobei die Kühlelemente in den Kühlkanal ragen und im Wesentlichen über die Breite (in y-Richtung) des Kühlkanals im Bereich des Kühlkörpers verteilt angeordnet sind. Der Kühlkanal kann dabei z. B. zumindest teilweise durch entsprechend angeordnete Leitelemente gebildet sein, wie etwa Wandbereiche, durch deren Anordnung eine Art Strömungspfad entsteht. Durch die bevorzugte Anordnung des Kühlkörpers in der Art, dass die Kühlelemente weitgehend über die Breite verteilt sind, die der Kühlkanal im Bereich des Kühlkörpers aufweist, lässt sich der Luftstrom konzentriert durch den kühlwirksamen Bereich des Kühlkörpers leiten, sodass eine effiziente Kühlung erreichbar ist. Vorteilhafterweise kann jedem Kühlkanal ein separater Lüfter zugeordnet sein.
Die Kühlung lässt sich besonders effizient gestalten, wenn in dem Gehäuse mehrere Kühlbereiche und/oder in dem Kühlbereich mehrere Kühlkanäle gebildet sind, denen je zumindest ein Kühlkörper oder ein Teil eines Kühlkörpers, insbesondere umfassend zumindest einen Teil eines Kühlelements, zugeordnet ist. Auf diese Weise können die Kühlkörper beispielsweise flexibel an Bereichen positioniert werden, in denen eine besonders hohe Abwärme anfällt. Dabei bildet ein Kühlkanal eine Untereinheit eines Kühlbereichs, während ein Kühlbereich gegenüber dem Elektronikbereich zu unterscheiden ist. In einer anderen Variante können auch Kühlkanäle ohne Kühlkörper vorgesehen sein, in denen z. B. andere zu kühlende, insbesondere unempfindlichere Elektronikkomponenten, wie ein Transformator, angeordnet sein können.
Eine gute Abfuhr von Abwärme der Elektronikkomponenten kann dadurch erreicht werden, dass der Kühlkörper insbesondere über die Basisplatte mit dem Elektronikbereich und/oder zu in diesem angeordneten Elektronikkomponenten in thermisch leitendem Kontakt stehend angeordnet ist. Der Kontakt kann unmittelbar oder mittelbar gegeben sein, z. B. über andere wärmeleitende Komponenten zwischen Elektronikkomponente/n und Kühlkörper, und/oder auch die Umgebungsluft der Elektronikkomponente/n.
Insbesondere lässt sich eine direkte und daher effiziente Kühlung dadurch erreichen, dass eine von den Kühlelementen abgekehrte Seite der Basisplatte mit dem Elektronikbereich zumindest bereichsweise in Kontakt steht, wobei auf dem in Kontakt stehenden Bereich der Basisplatte mittelbar und/oder unmittelbar Elektronikkomponenten thermisch leitend befestigt sind. Dabei können die Elektronikkomponenten unmittelbar auf der Basisplatte aufgebracht sein, z. B. geklebt, gelötet, geschraubt oder auf andere Art befestigt. Mittelbar kann z. B. eine gut wärmeleitende Zwischenplatte zwischen Elektronikkomponenten und der Basisplatte angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist an der Basisplatte, insbesondere auf der von den Kühlelementen abgekehrten Seite, eine Zwischenplatte oder auch eine Anordnung mehrerer Zwischenplatten, befestigt. Die Zwischenplatte liegt vorzugsweise in Richtung Elektronikraum und/oder steht mit diesem in Kontakt. Die Zwischenplatte kann zum einen für die Befestigung von Elektronikkomponenten dienen. Zusätzlich (oder alternativ) kann der Zwischenplatte eine Wärmespeicherfunktion zukommen, sodass die Wärmespeicherkapazität des Kühlkörpers, insbesondere der Basisplatte, in Wirkverbindung mit der Zwischenplatte erhöht werden kann.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Zwischenplatte durch eine IMS-(Isolierte Metall-Substrate)Leiterplatte gebildet ist, oder an der Zwischenplatte eine IMS-Leiterplatte befestigt ist. Die IMS-Leiterplatte weist als Basismaterialien insbesondere Aluminium und/oder Kupfer auf und dient vorzugsweise als Substrat für Elektronikkomponenten. Dabei bietet sie den Vorteil einer guten Wärmeableitung insbesondere von Abwärme, die an den darauf befestigten Elektronikkomponenten anfällt.
Ein vorteilhafter Aufbau des Gehäuses ist dadurch erreichbar, dass zwischen dem Elektronikbereich und dem Kühlbereich eine Trägerplatte zumindest teilweise mit einer Trennebenenanordnung zur Trennung des Elektronikbereichs und des Kühlbereichs voneinander angeordnet ist. Neben der Trennfunktion können der Trägerplatte bei entsprechender Ausgestaltung weitere Funktionen zukommen. Beispielsweise können an der Trägerplatte unterschiedliche Befestigungsstellen und/oder Aufnahmestellen oder dergleichen für verschiedene (Kühl- und/oder Elektronik-)Komponenten vorgesehen sein, sodass der Trägerplatte auch eine Befestigungsfunktion zukommt. Sie kann auch stabilisierend auf das Gehäuse gegen Druck von außen wirken, wenn die Trägerplatte sich von innen an dem Gehäuse abstützend ausgebildet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante weist die Trägerplatte eine Kühlkörperaufnahme auf, an der der Kühlkörper mittelbar oder unmittelbar befestigt ist. Wenn dabei der Kühlkörper mittels der Basisplatte zumindest teilweise in eine Ausnehmung der Kühlkörperaufnahme in der Trennebenenanordnung unter thermischem Kontakt zu dem Elektronikbereich und/oder zu in diesem angeordneten Elektronikkomponenten eingesetzt ist, lässt sich der Kühlkörper einfach, sicher und effizient kühlend in dem Gehäuse positionieren.
Vorzugsweise sind der Kühlbereich und der Elektronikbereich mittels der Trägerplatte, insbesondere unter Verwendung von Dichtelementen, zumindest teilweise gegeneinander abgedichtet. Als Dichtelemente können dabei beispielsweise kunststoff- oder gummiartige Dichtelemente verwendet werden, die z. B. zwischen Trägerplatte und Gehäuse und/oder Durchführungen in der Trägerplatte und/oder anderen Öffnungen positioniert sind. Auf diese Weise lassen sich abrasive und teils leitfähige Stäube von Elektronikkomponenten in dem Elektronikbereich weitgehend fernhalten, was sich positiv auf die Störanfälligkeit und Lebensdauer des Schweißgeräts auswirkt. Bei herkömmlichen Schweißgeräten, bei denen der Elektronikbereich nicht von dem Kühlbereich entkoppelt ist, werden in der Regel empfindliche Elektronikkomponenten zum Schutz gegen Stäube und dergleichen mit einer Art Schutzglasur versehen. Auf eine derartige aufwändige Schutzschicht kann durch die hier vorgesehene Entkopplung verzichtet werden, was auch die Baugruppenprüfung und Reparatur vereinfacht.
Wenn bei Vorhandensein mehrerer Kühlkörper diese zumindest zum Teil voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind, lassen sich die jeweils mit voneinander isolierten Kühlkörpern in elektrisch leitendem Kontakt stehenden Elektronikkomponenten voneinander elektrisch isoliert halten oder auch definiert über andere Wege (insbesondere Kabelverbindungen oder dergleichen) miteinander elektrisch leitend in Kontakt bringen. Auch können Kühlkörper elektrisch leitend miteinander gekoppelt sein, sodass sich ein gleiches Potential zwischen ihnen einstellt. Durch eine Kombination von elektrischer Isolation und Kopplung von Kühlkörpern sich lassen z. B. drei Kühlkörper mit zwei gleichen Potentialen bereitstellen (oder auch andere Kühlkörper-/Potentialanzahlen). Auf diese Weise können die Kühlkörper vorteilhaft in ein Stromleitungskonzept eingebunden und ein sicherer Betrieb gewährleistet werden. Die einzelnen Kühlkörper selbst können dabei (Störpotenziale verhindernde) Potenzialstrecken bilden, sodass zwischen elektrisch leitend mit einem Kühlkörper in Kontakt stehenden Elektronikkomponenten kein undefinierter Stromfluss über die Basisplatte entsteht.
Vorteilhaft lassen sich die Kühlkörper in ein Stromleitungskonzept einbeziehen, wenn auf der Basisplatte des Kühlkörpers unter Zwischenlage einer gut wärmeleitenden elektrischen Isolation stromleitende Verbindungen vorgesehen sind und/oder der Kühlkörper einen Teil einer stromleitenden Verbindung bildet. Die stromleitenden Verbindungen auf dem Kühlkörper können dort einen Stromkreis bilden und/oder in einen Stromkreis eingebunden sein. Die stromleitenden Verbindungen auf dem Kühlkörper liegen vorzugsweise zwischen Elektronikkomponenten und/oder Bauteilen einzelner Elektronikbaugruppen vor, wobei auch stromleitende Verbindungen mehrerer Stromkreise auf einem Kühlkörper vorgesehen sein können. Die Isolation zwischen den elektrisch leitenden Verbindungen kann z. B. mittels einer Leiterplatte, insbesondere einer IMS-Leiterplatte, durch Anordnung als voneinander getrennte Baugruppen und/oder Module oder dergleichen gewährleistet werden. Bei dieser Variante sind die Elektronikkomponenten bzw. die stromleitenden Verbindungen vorzugsweise elektrisch isoliert von (aber thermisch leitend zu) der Basisplatte angeordnet. Der Kühlkörper kann selbst Teil einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen Elektronikkomponenten bilden.
In einer Ausgestaltungsvariante weisen bei Vorhandensein mehrerer Kühlkörper die Basisplatten der einzelnen Kühlkörper zueinander unterschiedliche Stärken und/oder ihre Kühlelemente unterschiedliche geometrische Abmessungen auf. Die Stärke kann jeweils auch oder zusätzlich durch mindestens eine Zwischenplatte variiert werden. Durch eine Variation der Stärke (Dicke) der Basisplatte, ggf. in Verbindung mit zumindest einer Zwischenplatte, lässt sich die Wärmespeicherkapazität des Kühlkörpers variieren. Dadurch kann der Kühlkörper auch auf dynamische Vorgänge einer spezifischen Kühlaufgabe abgestimmt werden. Die Kühlaufgabe kann sich durch unterschiedliche Einflussfaktoren bestimmen, beispielsweise durch die von dem Kühlkörper aufzunehmende und abzugeben Abwärme auch in Verbindung mit zeitlichen Komponenten, wie eine Einschaltdauer der Schweißstromquelle, insbesondere innerhalb eines vorgegebenen Einschaltzyklus. In der Regel wärmt sich der Kühlkörper und auch andere Bauteile, insbesondere Elektronikkomponenten, während der Einschaltdauer auf, da die Wärmezufuhr die Abgabe überwiegt. Spätestens bei Erreichen einer vorgegebenen Bauteilspitzentemperatur des Kühlkörpers oder anderer temperaturüberwachter Bauteile, deren Spitzentemperatur nicht überschritten werden darf (z. B. Transformator/en, Leitungsdiode/n), wird die Schweißstromquelle abgeschaltet und der Kühlköper kühlt wieder ab. Durch eine abgestimmte Speicherkapazität lässt sich die Zeit bis zum Erreichen einer vorgegebenen Spitzentemperatur entsprechend der Kühlaufgabe anpassen und der Kühlkörper, ggf. in Verbindung mit einer/mehreren Zwischenplatte/n, derart auslegen, dass die Summe von Aufwärm- und Abkühlzeit einen vorgegebenen Einschaltzyklus, z. B. in einer Periode von 10 Minuten, möglichst gut ausnutzt, z. B. 6 Minuten Schweißen (entspricht Aufwärmzeit des Kühlkörpers), 4 Minuten Abkühlen So kann auch die Speicherkapazität des Kühlkörpers, ggf. in Verbindung mit der/den Zwischenplatte/n, die mögliche Spitzenleistung bzw. Leistung bei dauerhaftem Schweißen bestimmen. Durch die Möglichkeit, unterschiedliche geometrische Abmessungen der Kühlelemente vorzusehen, kann der Kühlkörper ebenfalls variabel auf die Kühlaufgabe abgestimmt werden. Beispielsweise lassen sich durch Geometrie der Kühlelemente die Wärmeleitung und/oder der konvektive Wärmeabtransport variieren, und/oder auch die geometrische Höhe bzw. Abmessung des Kühlkörpers. Zudem bestehen vorteilhafte Abstimmungsmöglichkeiten auf die Kühlanforderungen durch die Kombination von Kühlkörpern unterschiedlicher Abmessungen.
Eine hohe Flexibilität für den Einsatz der Kühlkörper lässt sich dadurch erreichen, dass bei Vorhandensein mehrerer Kühlkörper diese in unterschiedlicher Ausrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Kühlelemente in ihrer Höhe im Wesentlichen rechtwinklig zu einem Luftstrom ausgerichtet sind. Beispielsweise können Kühlkörper mit einer Mittellängsachse der Basisplatte in Längs- oder in Querrichtung in einem Luftstrom stehend eingesetzt werden. Dies wird insbesondere durch symmetrisch ausgebildete Kühlelemente ermöglicht, bei denen ähnliche Anströmverhältnisse aus unterschiedlichen Richtungen vorliegen. Denkbar ist auch, dass mehrere Kühlkörper direkt hintereinander eingesetzt werden, um eine größere Kühlfläche zu erreichen. Durch eine derartige Segmentierung der Kühlfläche bzw. Kaskadierung gleich bzw. ähnlich aufgebauter Kühlkörper sind verschiedene spezifische Kühlaufgaben, auch in unterschiedlichen Schweißgeräten, mit im Wesentlichen einander entsprechenden Kühlkörpern lösbar. Insbesondere lassen sich Kühlkörper verwenden, die in einem einheitlichen Verfahren herstellbar bzw. vorfertigbar sind, wobei sie beispielsweise durch Nachbearbeitung, wie etwa Fräsen der Basisplatte, voneinander modifiziert werden können. Durch das zumindest teilweise einheitliche Herstellungsverfahren verringert sich der Herstellungsaufwand erheblich, was mit entsprechenden Kostenvorteilen verbunden ist. Die Einsetzbarkeit der Kühlkörper nach einer Art Baukastensystem bietet daher sowohl eine hohe Flexibilität bezüglich der Kühlaufgabe als auch Kostenvorteile.
Das in Anspruch 20 niedergelegte Gehäuse ist insbesondere für den Einsatz bei Schweißgeräten geeignet, kann jedoch auch bei anderen Anwendungen, bei denen Leistungselektronik in einem Gehäuse untergebracht ist, wie beispielsweise Wechselrichter, Schneidgeräte oder dergleichen, vorteilhaft eingesetzt werden. Dabei können auch bei solchen anderen Anwendungen die in den Unteransprüchen dargestellten Ausgestaltungsvarianten herangezogen werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 als Ausführungsbeispiel einen schematischen Aufbau einer Schweißstromquelle mit einem Gehäuse mit einem Elektronikbereich und einem Kühlbereich und darin schematisch dargestellten Elektronik- und Kühlkomponenten,
2 eine schematische Anordnung mehrerer Kühlkörper in Ansicht auf die mit Kühlelementen versehenen Seiten der Basisplatten,
3A, B je eine schematische Ansicht auf die mit Kühlelementen versehene Seite der Basisplatte mit Anordnung eines Lüfters an einer Längsseite (3A) bzw. Querseite (3B) einer Basisplatte,
4 eine Trägerplatte eines Schweißgeräts in perspektivischer Ansicht auf eine einem Kühlbereich zugewandte Seite und
5 die Trägerplatte gemäß 4 in perspektivischer Ansicht auf eine einem Elektronikbereich zugewandte Seite.
1 zeigt schematisch ein Gehäuse 100, das Komponenten einer Schweißstromquelle eines Schweißgeräts mit einer Oberseite 102, einer Unterseite 103, zwei Querseiten 104, 105 und zwei Längsseiten umgibt. Das Gehäuse 100 ist hier beispielhaft quaderförmig mit jeweils zwei sich parallel gegenüberliegenden Gehäuseseiten bzw. Gehäusewänden dargestellt. Denkbar wäre jedoch auch eine nicht parallele Anordnung, wobei die Seiten des Gehäuses 100 beispielsweise Schrägbereiche, Rundungsbereiche oder dergleichen aufweisen und/oder gerundet ineinander übergehen können. Insbesondere können auch Bedienbereiche, Griffbereiche und dergleichen an dem Gehäuse 100 angeformt oder angebracht sein. Auch könnten weitere, insbesondere fest mit dem Gehäuse 100 verbundene Streben, Innenwände und/oder Wandabschnitte, z. B. zur Abgrenzung von weiteren Bereichen, in dem Gehäuse 100 angeordnet sein. Prinzipiell kann ein derartiges Gehäuse auch bei vergleichbaren Geräten, die ein Leistungsteil umfassen, wie z. B. Schneidgeräte, Wechselrichter oder dergleichen, verwendet werden.
Die Darstellung lässt schematisch die Innenaufteilung des Gehäuses 100 mit einem Elektronikbereich 200 und einem (hier bezüglich der Höhenrichtung z) darunter liegend angeordneten Kühlbereich 300 erkennen. In einer anderen Variante kann eine nebeneinanderliegende Anordnung der Bereiche vorgesehen sein, z. B. bezüglich der (hier rechtwinklig zur Bildebene stehenden) Richtung y durch eine um 90° um die x-Achse gedrehte Anordnung der Trägerplatte 400. Das Koordinatensystem soll an die Trägerplatte gekoppelt sein, sodass bei einer entsprechend gedrehten Anordnung die Richtungsangaben für die Trägerplatte ebenfalls gelten. Auch können mehrere Elektronik- und/oder Kühlbereiche vorhanden sein, z. B. ein Kühlbereich zwischen zwei Elektronikbereichen, ein Elektronikbereich zwischen zwei Kühlbereichen, je zwei Elektronik- und Kühlbereiche oder andere, für ein jeweiliges Gerät vorteilhafte Anordnungen. Zur Erreichung unterschiedlicher Anordnungen können z. B. mehrere Trägerplatten 400 mit Trennebenenanordnungen 401 und/oder auch eine Trägerplatte 400 mit mehreren Trennebenenanordnungen 401 verwendet werden.
Der Elektronikbereich 200 und der Kühlbereich 300 sind durch eine Trägerplatte 400 mit einer Trennebenenanordnung 401 voneinander abgeteilt, die bei diesem Ausführungsbeispiel einfach als ebene Trennwand ausgeführt und bei der Ausführung nach den 4 und 5 differenzierter ausgestaltet ist. Die Trennebenenanordnung 401 ist hierbei im Wesentlichen parallel zu der Unterseite 103 ausgerichtet. Die vorstehend genannten unterschiedlichen Varianten der Elektronik- und Kühlbereichanordnungen wären durch eine entsprechende andere Ausrichtung der Trägerplatte 400 mit der Trennebenenanordnung 401 (beispielsweise rechtwinklig zu der Unterseite 103 bzw. parallel zu Querseiten 104, 105) und/oder auch mehrere Trägerplatten 400 und/oder Trennebenenanordnungen 401 erreichbar.
In dem Elektronikbereich 200 sind Elektronikkomponenten 700, insbesondere Leistungsteilkomponenten der Schweißstromquelle, beispielsweise auf Platinen angeordnet (hier angedeutet), die mittelbar oder unmittelbar an der Trägerplatte 400 befestigt sind. Zur Befestigung können sie beispielsweise an die Trägerplatte 400 angeschraubt, mit dieser verklebt, an diese gesteckt, geklemmt und/oder auf andere Art und Weise befestigt sein.
Der Kühlbereich 300 weist als Kühlkomponenten einen Kühlkörper 500 und, an einer Ausgangsöffnung 306 des Gehäuses 100, einen Lüfter 600 auf, die ebenfalls an der Trägerplatte 400 befestigt sind. An dem Kühlkörper 500 sind stiftartige Kühlelemente 501 angeformt, die bezüglich ihrer Höhe (hier: z-Richtung) rechtwinklig von einer Basisplatte 502 des Kühlkörpers 500 abstehend ausgebildet sind. Der Kühlkörper 500 ist mit der Basisplatte 502 in eine Ausnehmung 422 einer Kühlkörperaufnahme (siehe 4) in der Trennebenenanordnung 401 in der Weise eingesetzt, dass die Kühlelemente 501 des Kühlkörpers 500 in den Kühlbereich 300 hineinragen.
Weiterhin ist an der Trägerplatte 400 ein Transformator 701 als Elektronikkomponente 700 angeordnet, der in den Kühlbereich 300 hineinragt und durch diese Anordnung vorteilhaft konvektiv gekühlt werden kann. Der Elektronikbereich 200 und der Kühlbereich 300 sind durch eine Luftöffnung 433, die vorteilhafterweise mit einem Filter versehen ist, strömungsmechanisch kontrolliert miteinander gekoppelt.
Die Trägerplatte 400 dient vorteilhafterweise zur Trennung zwischen dem Elektronikbereich 200 und dem Kühlbereich 300, sodass die Kühlluft, die durch die in der Regel raue Umgebung beim Schweißen mit physikalisch oder chemisch aktiven, beispielsweise abrasiven und/oder leitenden Stäuben belastet sein kann, nicht in unmittelbaren Kontakt mit empfindlichen Elektronikkomponenten 700 der Schweißstromquelle kommt. Dies unterstützend kann die Trägerplatte 400 dichtend, insbesondere mittels Dichtelementen, zwischen Elektronikbereich 200 und Kühlbereich 300 ausgeführt sein. Über die Luftöffnung 433 mit dem Filter 201 kann dabei dennoch eine strömungsmechanische Kopplung vorgesehen sein, über die, dann aber gereinigte, Luft in den Elektronikbereich 200 gelangen kann. In einer Ausführungsvariante kann beispielsweise über diese Kopplung und durch den Lüfter 600 das Druckniveau in dem Elektronikbereich 200 gegenüber der Umgebung angehoben werden, sodass hier ein leichter Überdruck entsteht und nicht Umgebungsluft von außen in dem Elektronikbereich 200, sondern allenfalls gefilterte Luft von dem Elektronikbereich 200 nach außen gelangt. Auf diese Weise kann ein schmutzabweisender Innenaufbau erhalten werden.
Eine weitere vorteilhafte Funktion der Trägerplatte 400 besteht darin, dass alle oder zumindest die wesentlichen Komponenten, sowohl Elektronikkomponenten 700 als auch Kühlkomponenten, an der Trägerplatte 400 befestigt werden können. Auf diese Weise kann die Montage vereinfacht werden, indem zunächst die Komponenten auf der Trägerplatte 400 vormontiert und anschließend mitsamt der Trägerplatte 400 in das Gehäuse 100 eingesetzt und darin befestigt werden.
Das Gehäuse 100 weist ausgehend von dem Elektronikbereich 200 Anschlüsse 101 nach außen auf, über die beispielsweise ein Schweißbrenner mittels eines Schlauchpaketes und/oder andere zum Schweißen benötigte Komponenten an die Schweißstromquelle (und auch ein Stromanschluss) angeschlossen werden können. Die Anschlüsse 101 sind hier beispielhaft an der zweiten Querseite 105 angeordnet, denkbar sind aber auch Anschlüsse/Durchgänge an anderen Stellen des Gehäuses 100, z. B. an der gegenüberliegenden Querseite 104.
Im Schweißbetrieb stellt die Schweißstromquelle den für den Schweißprozess benötigten hohen Schweißstrom zur Verfügung. Dabei fällt eine teils beträchtliche Abwärme an den Elektronikkomponenten 700 an, die durch den vorgesehenen Kühlbereich 300 abgeführt wird. Hierzu erzeugt der Lüfter 600 einen Luftstrom, indem er Luft von einer, der Ausgangsöffnung 306 gegenüberliegenden, Eingangsöffnung 305 ansaugt. Die Eingangs- bzw. Ausgangsöffnungen (305, 306) können dabei beispielsweise als Schlitze und/oder Perforierung oder ähnliche Struktur in dem Gehäuse 100 ausgebildet sein. Der Luftstrom strömt an den Kühlelementen 501 des Kühlkörpers 500 vorbei und kühlt diese konvektiv. Er strömt weiterhin an dem Transformator 701 vorbei, wodurch auch dieser gekühlt wird. Die Reihenfolge der umströmten Komponenten kann dabei je nach deren Anordnung variieren. Auch können unterschiedliche Strömungspfade vorgesehen sein, die beispielsweise durch Kühlkanäle (301, 302, siehe 4) vorgegeben werden und die z. B. jeweils einen Lüfter 600 aufweisen können.
Der Kühlkörper 500 steht mit dem Elektronikbereich 200 und/oder zumindest einer der Elektronikkomponenten 700 insbesondere über die Basisplatte 502 in thermischem Kontakt, sodass eine effektive Kühlung der Elektronikkomponenten 700 erreicht wird. Eine besonders effektive Kühlung der Elektronikkomponenten 700 ist erreichbar, wenn, wie hier angedeutet, die Elektronikkomponenten 100 auf der Basisplatte 502 befestigt sind. Dadurch kann die Abwärme über Wärmeleitung über die Basisplatte 502 an die Kühlelemente 501 weitergegeben und in den Kühlbereich 300 transportiert werden. Vorliegend sind die Elektronikkomponenten 700 auf der von den Kühlelementen 500 abgekehrten Seite der Basisplatte 502 befestigt, wobei eine Zwischenplatte 503 zwischen den Elektronikkomponenten 700 und der Basisplatte 502 angeordnet ist. Vorteilhaft kann die Zwischenplatte 503 durch eine IMS-(Isolierte Metall-Substrate)Leiterplatte gebildet sein, die ein gut wärmeleitendes und stromleitendes Substrat für Elektronikbauteile darstellt. Zusätzlich oder alternativ kann die Zwischenplatte 503 die Wärmespeicherkapazität des Kühlkörpers 500 erhöhen. Denkbar wären auch mehrere Zwischenplatten 503, wobei z. B. eine IMS-Leiterplatte mit Elektronikkomponenten 700 auf einer dickeren Zwischenplatte 503 befestigt sein könnte, die wiederum an der Basisplatte 502 angebracht wäre.
Insbesondere aufgrund der stiftartigen Ausführung der Kühlelemente 501 eignet sich der Kühlkörper 500 dazu, in unterschiedlichen Positionen und/oder in Kombination mit mehreren Kühlkörpern 500 in dem Kühlbereich 300 angeordnet zu werden. Eine beispielhafte Anordnung ist in 2 dargestellt, die schematisch Kühlkörper 500 in Ansicht auf die Kühlelemente 501 zeigt. Vorliegend sind vier Kühlkörper 500 mit Basisplatten 502 von im Wesentlichen rechteckiger Grundfläche in einer Art Kaskade angeordnet, sodass sie zusammen eine größere, segmentierte Kühlfläche bilden. Zwei der Kühlkörper 500 sind mit ihrer Mittellängsachse M in x-Richtung ausgerichtet, die beiden anderen – um 90° gedreht – in y-Richtung. Je nach Kühlaufgabe und/oder benötigter Kühlfläche können so im Wesentlichen gleich ausgebildete Kühlkörper 500 in unterschiedlicher Art und Weise miteinander kombiniert werden.
Die 3A und 3B zeigen, dass die Kühlkörper 500 in unterschiedlicher Ausrichtung zu dem Lüfter 600 angeordnet sein können. Die Lüfter 600 können beispielsweise derart angeordnet sein, dass die erzeugte Luftströmung (angedeutet durch gewellte Pfeile) die Kühlelemente 501 in Längsrichtung des Kühlkörpers 500 (3A) oder in dessen Querrichtung (3B) durchströmen. Dies wird durch die stiftartige Ausbildung der Kühlelemente 501 möglich, die hier im Querschnitt symmetrisch, insbesondere kreisrund ausgebildet sind. Durch diese Ausführung bietet ein einzelnes Kühlelement 501 ähnliche Anströmbedingungen aus unterschiedlichen Richtungen. Eine derartig gedrehte Ausrichtung wäre beispielsweise bei Lamellenkühlkörpern nicht möglich.
Besonders vorteilhaft lassen sich die Kühlkörper 500 in Kombination mit der Trägerplatte 400 in einem Schweißgerät einsetzen. In 4 ist ein detaillierteres Beispiel der Trägerplatte 400 eines Schweißgeräts dargestellt, wobei hier die in Richtung Kühlbereich 300 weisende Seite der Trägerplatte 400 erkennbar ist, die z. B. der Unterseite (dem Boden) des Gehäuses 100 zugekehrt sein kann. Das Koordinatensystem soll hierbei, wie auch in 1, an die Trägerplatte 400 gekoppelt sein, sodass bei einer entsprechend gedrehten Anordnung die Richtungsangaben für die Trägerplatte ebenfalls gelten. Um 90° gedreht, würde sich dann beispielsweise die Höhenrichtung z in eingebautem Zustand bezüglich des Gehäuses 100 in die Breite erstrecken.
Die Trägerplatte 400 weist die sich im Wesentlichen in x-y-Richtung erstreckende Trennebenenanordnung 401 auf. Die Trennebenenanordnung 401 enthält dabei Bereiche mit Ebenen auf mehreren unterschiedlichen Niveaus in Höhenrichtung (z), und/oder andere Ausformungen, wie Durchbrüche, Absätze und dergleichen. Alternativ sind mehrere Ebenen auf gleichem Niveau möglich. In eingebautem Zustand (s. 1) ist die Trennebenenanordnung 401 in dem Gehäuse 100 des Leistungsteils bzw. der Schweißstromquelle beispielsweise im Wesentlichen parallel zu der Unterseite 103 des Gehäuses 100 ausgerichtet. Die Unterseite 103 befindet sich dabei in der Regel parallel zu einer Stellfläche des Schweißgeräts, die in der Regel etwa horizontal ausgerichtet ist, aber auch geneigt verlaufen kann. Denkbar ist auch eine z. B. um die x-Achse um 90° gedrehte Ausrichtung.
Ein Umfang der Trennebenenanordnung 401, der durch eine erste und zweite Querseite 402, 403 und eine erste und zweite Längsseite 404, 405 gebildet ist, ist derart geformt, dass die Trennebenenanordnung 401 zumindest bereichsweise mit den Querseiten 104, 105 und/oder Längsseiten des Gehäuses 100 von innen zumindest mittelbar in Kontakt tritt. In einer gedrehten Anordnung der Trägerplatte 400 könnte sie auch mit der Ober- und/oder Unterseite des Gehäuses 100 in Kontakt treten. Vorliegend ist beispielsweise die in 4 sichtbare Längsseite 405 mit einer leichten Auswölbung versehen. Die Längsseiten 404, 405, und bereichsweise auch die Querseiten 402, 403 sind derart ausgebildet, dass sich ein in etwa rechtwinklig zu den Ebenen der Trennebenenanordnung 401 ausgerichteter Falz 406 ergibt. Der Falz 406 kann dabei zum Teil durch einen abgekanteten Rand, zum Teil durch eine verstärkte Trennebene und/oder durch eine Randverbindung zwischen zwei Ebenen oder dergleichen entstehen. In eingebautem Zustand kann der Falz 406 zumindest bereichsweise mit einem oder mehreren Dichtelementen, beispielsweise einem gummiartigen breiten Band, Gumminoppen oder dergleichen versehen sein, mit denen sich die Trägerplatte 400 zumindest bereichsweise über den Umfang der Trennebenenanordnung 401 an den entsprechenden Innenseiten des Gehäuses 100 abstützen kann. Die Abstützung kann auch an anderen, fest in dem Gehäuse 100 verankerten und/oder angeformten Elementen, wie Absätzen, Innenwänden oder dergleichen erfolgen.
Auf der gezeigten, in Richtung des Kühlbereichs 300 weisenden Seite der Trägerplatte 400 erstreckt sich ausgehend von der Trennebenenanordnung 400 eine im Wesentlichen in ihrer Längsrichtung x ausgerichtete Zwischenwand 407 in Höhenrichtung z. In eingebautem Zustand unterteilt die Zwischenwand 407 auf diese Weise den Kühlbereich 300 in einen ersten Kühlkanal 301 und einen zweiten Kühlkanal 302, die vorliegend in etwa eine gleiche Breite in y-Richtung aufweisen, aber auch unterschiedlich breit sein könnten.
Die Zwischenwand 407 bildet auch eine Unterteilung einer Lüfteraufnahme 408, die ausgehend von der ersten Querseite 402 im Wesentlichen über die Breite der Trennebenenanordnung 401 angeordnet ist und die für die Aufnahme zweier Lüfter 600 unterteilt ausgebildet ist. Die Lüfteraufnahme 408 weist weiterhin Seitenteile 410 auf, die sich jeweils nahe der beiden Längsseiten 404, 405 im Wesentlichen in Höhenrichtung z und Längsrichtung x erstrecken. Dabei können sie auch beispielsweise leicht nach innen geneigt ausgeführt sein, beispielsweise wenn das Gehäuse 100 eine entsprechende Form aufweist. Über die Seitenteile 410 und den die Unterteilung bildenden Teil der Zwischenwand 407 ist ein Deckelement 409 etwa parallel verlaufend zu der darüberliegenden Trennebenenanordnung 401 angeordnet. Das Deckelement 409 könnte beispielsweise auch unterbrochen ausgeführt sein. Die Lüfteraufnahme 408 weist weiterhin in x-Richtung zwei Öffnungen 411 auf, durch die jeweils ein Lüfter 600 in den jeweiligen Kühlkanälen 301, 302 einen Luftstrom erzeugen kann. Die Seitenteile 410 und auch die Zwischenwand 407 sind mit ihrem stirnseitigen Rand gegenüber der ersten Querseite 402 etwas zurückversetzt, um beispielsweise in eingebautem Zustand einem bzw. mehreren, den Lüften 600 zugeordneten, Filterelementen und/oder Strömungsrichtern oder anderen Elementen Platz zu bieten. Die Höhe der Seitenteile 410 bzw. der Zwischenwand 407 kann derart bemessen sein, dass das Deckelement 409 in Kontakt mit einer Gehäuseinnenseite (z. B. von Innen an der Unterseite 103 oder auch Querseiten 104 oder 105) und/oder einem anderen, fest mit dem Gehäuse 100 verbundenen Element des Gehäuses 100 treten kann, um als Abstützung der Trägerplatte 400 an dem Gehäuse 100 zu dienen. Zwischen dem Deckelement 409 und der entsprechenden Gehäuseinnenseite können ein oder mehrere Dämpfungselemente für eine schwimmende Lagerung der Trägerplatte 400 vorgesehen sein.
Im Bereich der ersten Querseite 402, gegenüber der Lüfteraufnahme 408 in Richtung Elektronikbereich 200 weisend, sind an der Trennebenenanordnung 401 in Höhenrichtung z weisende Stützzapfen 412 angeordnet. Die Stützzapfen 412 weisen im Querschnitt gekrümmte bzw. gerundete Randflächen 413 und, in Verlängerung der Querseite 402, Rückseiten 414 auf, die ebenfalls derart ausgebildet sein können, dass sie sich in eingebautem Zustand an der Querseite 104, 105 und/oder einer Längsseite des Gehäuses 100 von innen abstützen. An den Stirnseiten der Stützzapfen 412 ist jeweils ein Boden 415 ausgebildet, mit denen sich die Stützzapfen 412 an einer Seite des Gehäuses 100, z. B. an der Oberseite, von innen abstützen können. Hierfür können auch vorteilhafterweise Dämpfungselemente zwischen den Böden 415 und der Gehäuseinnenseite angeordnet sein, die vorteilhafterweise an den Böden 415 befestigt sein können, sodass sie sicher an der vorgesehenen Stelle verbleiben. In Verbindung mit der gegenüberliegenden, ebenfalls zur Abstützung ausgebildeten Lüfteraufnahme 408 kann die Abstützung auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten zu einer stabilen Lagerung der Trägerplatte 400 in dem Gehäuse 100 beitragen.
Von der Lüfteraufnahme 408 in Richtung der zweiten Querseite 403 verlaufend können, wie hier in dem zweiten Kühlkanal 402 ersichtlich, Elektronikaufnahmen 417, 418 angeordnet sein, die beispielsweise zur Befestigung des Transformators 701 dienen, von denen auch mehrere, beispielsweise zwei, in dem Kühlbereich 300 angeordnet sein können. Auch andere, weniger schmutzempfindliche Elektronikkomponenten 700 können in dem Kühlbereich 300 befestigt werden. Die Elektronikaufnahmen 417, 418 sind durch einen Absatz in der Trennebenenanordnung 401 umrissen. An den Absätzen sind Stege 419 zur besseren Positionierung der einzubauenden Elektronikkomponenten 700 vorgesehen. Des Weiteren befinden sich angrenzend an die Absätze der Elektronikaufnahmen 417, 418 Befestigungsstellen 420 zur Aufnahme von Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben, für die Befestigung der aufzunehmenden Elektronikkomponenten 700, vorliegend bevorzugt des (oder gegebenenfalls zweier) Transformators 701.
Weiter in Richtung der zweiten Querseite 403 gelegen, sind neben der Elektronikaufnahme 418 zwei Durchbrüche 421 angeordnet. Diese können insbesondere zur Durchführung eines bzw. mehrerer leitender Kontakte von dem oder den Transformator/en 701 in den Elektronikbereich 200 dienen.
Im (in 4) hinteren Endbereich des einsehbaren, zweiten Kühlkanals 302 ist ein Kühlkörperbereich 304 angeordnet, in dem eine Kühlkörperaufnahme mit einer Ausnehmung 422 in der Trennebenenanordnung 401 sowie einer seitlichen Leitwand 423, einem Teil der Zwischenwand 407 und einem in etwa parallel zur Trennebenenanordnung 401 angeordneten Deckteil 424 gebildet ist. In die Kühlkörperaufnahme des Kühlkörperbereichs 304 kann der Kühlkörper 500 derart eingebaut werden, dass die Basisplatte 502 in der Ausnehmung 422 sitzt, wobei ihr, als in die Trennebenenanordnung 401 integriert, selbst auch eine Trennfunktion zwischen Kühlbereich 300 und Elektronikbereich 200 zukommt. Auf diese Weise kann der Kühlkörper 500 über die Basisplatte 502 mit dem Elektronikbereich 200 in thermischen Kontakt treten. Die Kühlelemente 501 des Kühlkörpers 500 ragen in den Kühlkörperbereich 304 des Kühlkanals 302. Durch die Leitwand 423 und den Teil der Zwischenwand 407 als seitliche sowie dem Deckteil 424 als untere Begrenzung wird ein durch den Lüfter 600 erzeugter Luftstrom weitgehend gebündelt durch den Bereich der Kühlelemente 501 geführt, die (in eingebautem Zustand des Kühlkörpers 500) im Wesentlichen über die Breite des Kühlkanals 302 in dem Kühlkörperbereich 304 verteilt sind. Auf diese Weise lässt sich eine effiziente Kühlung von in dem Elektronikbereich 200 angeordneten Elektronikkomponenten 700 erreichen. Der Deckteil 424 kann dabei zusätzlich, wie das Deckelement 409, in der Höhe derart angeordnet sein, dass er sich an einer Innenseite des Gehäuses 100, gegebenenfalls unter Vermittlung eines Dämpfungselements, abstützen kann.
In dem neben dem Kühlkanal 302 gelegenen Kühlkanal 301 können die Bereiche bzw. Aufnahmen anders angeordnet und/oder auch andere Elemente vorgesehen sein, wie beispielsweise weitere Stützzapfen, Befestigungsbereiche oder dergleichen. Vorliegend ist insbesondere der erste Kühlkörperbereich 303 mit seiner Leitwand 423 weitgehend direkt vor der Lüfteraufnahme 408 angeordnet. Die Anordnung in beiden Kanälen 301, 302 kann dabei entsprechend einem günstigen Aufbau der Schweißstromquelle, beispielsweise hinsichtlich Platzverhältnissen, Kühlwirkung und dergleichen, ausgelegt sein. So können insbesondere auch die Kühlkörper 500 an für die Kühlung besonders geeigneten Stellen positioniert werden.
5 zeigt die Ansicht auf die in Richtung Elektronikbereich 200 weisende Seite der Trägerplatte 400. Dabei wird ersichtlich, dass die Ausnehmungen 422 der Kühlkörperbereiche 303, 304 mit, Durchbrüche aufweisenden, Vorsprüngen 425 versehen sind und dazu im Wesentlichen rechtwinklig verlaufende seitliche Umrandungen 427 aufweisen. Bei der Montage können nun die Kühlkörper 500 mit den Kühlelementen 501 durch die Ausnehmungen 422 ragend eingesetzt werden, wobei die Basisplatten 502 mit Randbereichen auf den jeweiligen Vorsprüngen 425 und gegebenenfalls den Rändern 426 zum Liegen kommen können. Vorzugsweise sind die Basisplatten 502 dabei mit ebenfalls mit deckungsgleichen Durchbrüchen versehen, sodass die Kühlkörper 500 an den Vorsprüngen 425 mit Befestigungsmitteln angebracht werden können. Die seitlichen Umrandungen 427 können dabei eine Montagehilfe bieten und/oder stabilisierend wirken. Denkbar wäre, in dem Bereich der Ausnehmung 422 weiterhin Dichtelemente vorzusehen, oder beispielsweise auch eine Dichtpaste, und/oder dass die Basisplatten 502 in engem Kontakt zu der Ausnehmung 442 montiert werden, sodass die durch den Kühlbereich 300 strömende Luft nicht durch die Ausnehmung 422 in den Elektronikbereich 200 gelangt.
Auf der zu dem Elektronikbereich 200 weisenden Seite der Trägerplatte 400 ist vorzugsweise zumindest eine weitere Elektronikaufnahme 428 vorgesehen, die ebenfalls, beispielsweise zur Stabilisierung einer mit Elektronikkomponenten versehenen Platine, eine seitliche Umrandung 429 aufweist. Weiterhin können Befestigungsstellen 430 oder andere, beispielsweise stiftartige Elemente zur besseren Befestigung der entsprechenden Elektronikkomponenten 700 und/oder Platinen vorgesehen sein. Auch weitere Elektronikaufnahmen in unterschiedlichen Formen, beispielsweise auch für die Befestigung von Spulen und dergleichen, können vorgesehen sein.
Die seitlichen Umrandungen 427 und 429 sind vorliegend vorteilhaft bis an die Stützzapfen 412 herangezogen und an den Randflächen 413 entlang, einen Stützkeil 416 bildend, hochgezogen. Dies verleiht den Stützzapfen 412 eine zusätzliche Stabilität.
Weiterhin sind in der Trägerplatte 400, insbesondere in der Trennebenenanordnung 401, Durchführungen 431 vorgesehen. Durch diese können in montiertem Zustand insbesondere stromleitende Verbindungen, wie Kabel, geführt werden. Hierfür sind vorzugsweise Dichtungselemente in den Durchführungen 431 eingesetzt, beispielsweise gummiartige Dichtelemente oder dergleichen. Weiterhin sind Zapfen 432 an der Trennebenenanordnung 401 in die Höhe ragend ausgebildet. An diesen können beispielsweise weitere Elektronikkomponenten, wie Platinen befestigt werden, wobei die Zapfenenden als Gewindebohrungen ausgebildet sein können. Denkbar wäre aber auch die Befestigung anderer Elemente, beispielsweise auch mit abstützender Funktion.
Durch die vielfältig angeordneten Bereiche, mit denen sich die Trägerplatte 400 an Innenseiten des Gehäuses 100 abstützen kann, kann die Trägerplatte 400 einfach und in definierter Position stabil in das Innere des Gehäuses 100 eingesetzt werden und dort z. B. auch ohne weitere Befestigungsmittel ausreichend stabil gelagert sein. Zusätzlich können auch Befestigungsmittel zur Befestigung in dem Gehäuse 100 verwendet werden. Durch eine derartige Abstützung, bevorzugt unter Verwendung von Dämpfungselementen und/oder Ausbildung der entsprechenden abstützenden Elemente an der Trägerplatte 400 mit Dämpfungseigenschaften, lässt sich die Trägerplatte 400 in dem Gehäuse 100 stabil und gleichzeitig schwimmend lagern. Durch die gedämpfte Ausführung können dabei Stöße und Erschütterungen von außen absorbiert werden, sodass diese nicht stoßartig auf die Trägerplatte 400 und insbesondere die darauf montierten, teils empfindlichen Komponenten, übertragen werden. So wird ein Schutz der Komponenten vor Erschütterung und somit eine robuste Schweißstromquelle erhalten. Gleichzeitig kann die Trägerplatte 400 durch die Abstützung von innen das Gehäuse 100 gegen Druckbelastung von außen stabilisieren.
Mit Kühlkörpern der vorstehend beschriebenen Art lassen sich, insbesondere auch in Kombination mit der vorstehend beschriebenen Trägerplatte, Leistungsteile wie Schweißstromquellen funktionsgerecht strukturiert gestalten und effizient kühlbare Geräte, insbesondere Schweißgeräte bzw. Gehäuse mit Leistungs-Elektronikkomponenten bereitstellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015209375 A1 [0003]
DE 202010008321 U1 [0004]

Claims

Gerät mit einem eine Leistungselektronik umfassenden Leistungsteil und einem dieses umgebenden Gehäuse (100), insbesondere Schweißgerät mit einer Schweißstromquelle, bei dem das Gehäuse (100) in seinem Inneren Elektronikkomponenten (700) und Kühlkomponenten mit mindestens einem Kühlkörper (500) enthält, welcher eine Basisplatte (502) und mit dieser in thermisch leitender Verbindung stehende, von Kühlluft umströmte Kühlelemente (501) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (501) stiftartig ausgebildet sind.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (501) an der Basisplatte (502) angeformt sind.
Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (501) an der Basisplatte (502) mittels eines Fließpressverfahrens, insbesondere durch Kaltumformung, angeformt sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (100) in seinem Inneren einen Elektronikbereich (200), in dem Elektronikkomponenten (700) angeordnet sind, und einen Kühlbereich (300) aufweist, wobei der Kühlkörper (500) mit den Kühlelementen (501) in den Kühlbereich (300) vorstehend in dem Gehäuse (100) angeordnet ist.
Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlbereich (300) zumindest ein Lüfter zur Erzeugung eines Luftstroms in dem Kühlbereich (300) zugeordnet ist, der die Kühlelemente (501) zur Erzeugung einer Kühlwirkung umströmt.
Gerät nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlbereich (300) zumindest ein von Luft durchströmter Kühlkanal (301, 302) gebildet ist, wobei die Kühlelemente (501) in den Kühlkanal (301, 302) ragen und im Wesentlichen über die Breite (in y-Richtung) des Kühlkanals (301, 302) im Bereich des Kühlkörpers (500) verteilt angeordnet sind.
Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse mehrere Kühlbereiche (300) und/oder in dem Kühlbereich (300) mehrere Kühlkanäle (301, 302) gebildet sind, denen je zumindest ein Kühlkörper (500) oder ein Teil eines Kühlkörpers (500), insbesondere umfassend zumindest einen Teil eines Kühlelements (501), zugeordnet ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (500) insbesondere über die Basisplatte (502) mit dem Elektronikbereich (200) und/oder zu in diesem angeordneten Elektronikkomponenten (700) in thermisch leitendem Kontakt stehend angeordnet ist.
Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine von den Kühlelementen (501) abgekehrte Seite der Basisplatte (502) mit dem Elektronikbereich (200) zumindest bereichsweise in Kontakt steht, wobei auf dem in Kontakt stehenden Bereich der Basisplatte (502) mittelbar und/oder unmittelbar Elektronikkomponenten (700) thermisch leitend befestigt sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Basisplatte (502), insbesondere auf der von den Kühlelementen (501) abgekehrten Seite, eine Zwischenplatte (503) befestigt ist.
Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (503) durch eine IMS(Isolierte Metall-Substrate)-Leiterplatte gebildet ist und/oder an der Zwischenplatte (503) eine IMS-Leiterplatte befestigt ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Elektronikbereich (200) und dem Kühlbereich (300) eine Trägerplatte (400) zumindest teilweise mit einer Trennebenenanordnung (401) zur Trennung des Elektronikbereichs (200) und des Kühlbereichs (300) voneinander angeordnet ist.
Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (400) eine Kühlkörperaufnahme aufweist, an der der Kühlkörper (500) mittelbar oder unmittelbar befestigt ist.
Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (500) mittels der Basisplatte (502) zumindest teilweise in eine Ausnehmung (422) der Kühlkörperaufnahme in der Trennebenenanordnung (401) unter thermischem Kontakt zu dem Elektronikbereich (200) und/oder zu in diesem angeordneten Elektronikkomponenten (700) eingesetzt ist.
Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlbereich (300) und der Elektronikbereich (200) mittels der Trägerplatte (400), insbesondere unter Verwendung von Dichtelementen, zumindest teilweise gegeneinander abgedichtet sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein mehrerer Kühlkörper (500) diese zumindest zum Teil voneinander elektrisch isoliert angeordnet und/oder elektrisch leitend miteinander gekoppelt sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Basisplatte (502) des Kühlkörpers (500) unter Zwischenlage einer gut wärmeleitenden elektrischen Isolation stromleitende Verbindungen vorgesehen sind und/oder der Kühlkörper (500) einen Teil einer stromleitenden Verbindung bildet.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein mehrerer Kühlkörper (500) die Basisplatten (502) der einzelnen Kühlkörper zueinander unterschiedliche Stärken und/oder ihre Kühlelemente (501) unterschiedliche geometrische Abmessungen aufweisen.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein mehrerer Kühlkörper (500) diese in unterschiedlicher Ausrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Kühlelemente (502) in ihrer Höhe im Wesentlichen rechtwinklig zu einem Luftstrom ausgerichtet sind.
Gehäuse (100) mit in seinem Inneren angeordneten Elektronikkomponenten (700) für eine Leistungselektronik, insbesondere für ein Schweißgerät oder dergleichen, und Kühlkomponenten mit mindestens einem Kühlkörper (500), welcher eine Basisplatte (502) und mit dieser in thermisch leitender Verbindung stehende, von Kühlluft umströmte Kühlelemente (501) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (501) stiftartig ausgebildet sind.