DE102016200156A1 - Cooling element for at least one equipped with electronic and / or electrical components carrier - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kühlelement für mindestens einen mit elektronischen und/oder elektrischen Bauelementen bestückten Träger, der insbesondere in der Leistungselektronik einsetzbar ist. Dabei ist ein zur Kühlung geeignetes Fluid durch mindestens einen Hohlraum im Kühlelement hindurch führbar. Am Kühlelement ist zumindest ein Wandbereich vorhanden, der in Richtung des bestückten Trägers weist und der infolge wirkender Druckkräfte, die mit mindestens einem Fluid von innen auf den Wandbereich wirken, elastisch und/oder plastisch verformbar oder verformt ist, so dass die Oberfläche des elastisch und/oder plastisch verformten Wandbereichs der Oberflächenkontur, der Oberfläche des Trägers angepasst ist oder Höhenunterschiede zwischen mehreren Trägern ausglichen sind.The invention relates to a cooling element for at least one equipped with electronic and / or electrical components carrier, which is used in particular in power electronics. In this case, a fluid suitable for cooling can be guided through at least one cavity in the cooling element. At least one wall region is present on the cooling element, which faces in the direction of the assembled carrier and which is elastically and / or plastically deformable or deformed as a result of acting compressive forces acting on the wall region with at least one fluid, so that the surface of the elastic and / or plastically deformed wall portion of the surface contour, the surface of the carrier is adjusted or height differences between several carriers are balanced.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kühlelement für mindestens einen mit elektronischen und/oder elektrischen Bauelementen bestückten Träger, der insbesondere in der Leistungselektronik einsetzbar ist. Üblicherweise werden Träger, die mit Leistungshalbleitermodulen als aktive Bauelemente und mit Transformatoren, induktiven Elementen, Kondensatoren oder auch Sensoren und Messwiderständen als passive Bauelemente bestückt sind, wegen der Erwärmung während des Betriebs gekühlt, um die gewünschten Eigenschaften, Beschädigungen oder gar den Totalausfall zu vermeiden oder zur Erfassung der vorherrschenden Temperatur oder Erwärmung. Das als Träger bezeichnete Element kann auch das elektrische oder elektronische Bauelement selbst bezeichnen.The invention relates to a cooling element for at least one equipped with electronic and / or electrical components carrier, which is used in particular in power electronics. Usually, carriers which are equipped with power semiconductor modules as active components and with transformers, inductive elements, capacitors or sensors and measuring resistors as passive components, cooled because of the heating during operation to avoid the desired properties, damage or even total failure or for detecting the prevailing temperature or heating. The element referred to as a carrier may also designate the electrical or electronic component itself.
Dazu werden Kühlelemente mit einem so bestückten Träger, der in Form einer Leiterplatte ausgebildet sein kann, entsprechend gekühlt. Damit ist ein oder es sind mehrere Kühlelemente mit dem bestückten Träger fest verbunden. Durch eine solche mechanische oder stoffschlüssige Fixierung tritt eine mechanische Überbestimmung auf, wodurch mechanische Spannungen, die zu Verformungen des Gesamtsystems führen können, auftreten können. Ebenso kommt es vor, dass die Oberflächen der zu kühlenden Träger oder Bauelemente oder die Oberfläche der Kühlelemente eine herstellungsbedingte ein- oder mehrachsige konvexe oder konkave Verwölbung oder Durchbiegung aufweisen. Thermischer Verzug der Einzelteile oder des Gesamtaufbaus kann ebenso zu Verwölbungen führen. Aufgrund von fertigungsbedingten Toleranzen sowie unterschiedlichen Temperaturen im Betrieb ist die Verwölbung von Bauteil zu Bauteil geringfügig unterschiedlich und schwer planbar.For this purpose, cooling elements are cooled accordingly with a carrier equipped in this way, which can be in the form of a printed circuit board. This is one or more cooling elements are firmly connected to the assembled carrier. By such a mechanical or cohesive fixation occurs a mechanical overdetermination, whereby mechanical stresses that can lead to deformation of the overall system can occur. It also happens that the surfaces of the carriers or components to be cooled or the surface of the cooling elements have a production-dependent single or multi-axial convex or concave warping or deflection. Thermal distortion of the parts or the entire structure can also lead to warping. Due to production-related tolerances and different temperatures during operation, the warpage from component to component is slightly different and difficult to plan.
Dabei kann keine optimale Ausrichtung von Kühlkörper und bestücktem Träger zueinander eingehalten werden. Dies kann auch mit einer üblicherweise für die Fixierung und ggf. elektrische Isolierung genutzten Zwischenschicht nicht ausreichend ausgeglichen werden. Dabei kommt es zu unterschiedlichen Abständen der Oberfläche des Kühlelements und der dieser zugewandten Oberfläche des Trägers über die Fläche, was wiederum zu lokalen Temperaturunterschieden führt, da lokal unterschiedliche thermische Leitfähigkeiten auftreten. Dies führt zu den bereits erwähnten mechanischen Spannungen und zu einer nicht optimalen Kühlung, da die zur Verfügung stehenden Oberflächen nicht optimal zur Wärmeabführung genutzt werden können.In this case, no optimal alignment of the heat sink and stocked carrier can be maintained. This can not be sufficiently compensated even with an intermediate layer which is usually used for fixing and optionally electrical insulation. This results in different distances between the surface of the cooling element and the surface of the carrier facing it over the surface, which in turn leads to local temperature differences, since locally different thermal conductivities occur. This leads to the already mentioned mechanical stresses and to a non-optimal cooling, since the available surfaces can not be used optimally for heat dissipation.
Außerdem kann es dazu kommen, dass sich während der Lebensdauer der Verbund zwischen Kühlelement und Träger mittels der Zwischenschicht teilweise oder vollständig löst, also quasi eine Delamination auftritt, die die thermische Leitfähigkeit ebenfalls nachteilig beeinflusst und bis zur vollständigen Funktionsunfähigkeit führen kann.In addition, it may happen that partially or completely dissolves during the lifetime of the composite between the cooling element and the carrier by means of the intermediate layer, so quasi delamination occurs, which also adversely affects the thermal conductivity and can lead to complete malfunction.
Ein solches herkömmliches Beispiel ist in
Problematisch ist die thermische Leitung mit den herkömmlichen Mitteln auch dann, wenn Träger und/oder Kühlelemente mit nicht planaren ebenen Oberflächen zueinander ausgerichtet miteinander fixiert werden müssen.The thermal line with the conventional means is problematic even if carriers and / or cooling elements with non-planar planar surfaces aligned with each other must be fixed together.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für eine verbesserte Kühlung von mit elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen bestückten Trägern zu erreichen, die insbesondere eine gleichmäßigere Wärmeabführung über die zur thermischen Leitung nutzbaren Oberflächen ermöglichen sollen.It is therefore an object of the invention to achieve possibilities for improved cooling of equipped with electrical and / or electronic components carriers, which should in particular allow a more uniform heat dissipation through the usable surfaces for thermal conduction.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Kühlelement, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention, this object is achieved with a cooling element having the features of
Bei einem erfindungsgemäßen Kühlelement für mindestens einen mit elektronischen und/oder elektrischen Bauelementen bestückten Träger ist ein zur Kühlung geeignetes Fluid durch mindestens einen Hohlraum im Kühlelement hindurch führbar. Am Kühlelement ist zumindest ein Wandbereich vorhanden, der in Richtung des bestückten Trägers weist und der infolge wirkender Druckkräfte, die mit mindestens einem Fluid von innen auf den Wandbereich wirken, elastisch und/oder plastisch verformbar oder verformt ist.In a cooling element according to the invention for at least one carrier equipped with electronic and / or electrical components, a fluid suitable for cooling can be passed through at least one cavity in the cooling element. At least one wall region is present on the cooling element, which points in the direction of the assembled carrier and which is elastically and / or plastically deformable or deformed as a result of acting compressive forces which act on the wall region from the inside with at least one fluid.
Dadurch kann die Oberfläche des elastisch und/oder plastisch verformten Wandbereichs der Oberflächenkontur, der Oberfläche des Trägers angepasst werden. Diese Oberflächen kommen infolge der Verformung des Wandbereichs des Kühlelements in berührenden Kontakt. Es kann eine Anpassung an die Oberflächenkontur und die Ausrichtung der Oberfläche des Trägers, die zur Kühlung genutzt werden soll, erreicht werden. Ein solches Umformverfahren ist im allgemeinen Maschinenbau als Innenhochdruckformen bekannt.As a result, the surface of the elastically and / or plastically deformed wall region of the surface contour, the surface of the carrier can be adjusted. These surfaces come into touching contact due to the deformation of the wall portion of the cooling element. An adaptation to the surface contour and the orientation of the surface of the support to be used for cooling can be achieved. Such Forming process is known in general engineering as hydroforming.
Die elastische und/oder plastische Verformung des Wandbereichs kann mit dem zur Kühlung geeigneten Fluid oder
mittels mindestens eines temporär in das Innere des Kühlelements unter erhöhtem Druck einführbaren Fluids oder
mindestens eines dauerhaft im Inneren des Kühlelements unter erhöhtem Druck stehenden Fluids, das bevorzugt in gasförmiger und flüssiger Phase enthalten ist, erreicht werden.The elastic and / or plastic deformation of the wall region can be combined with the fluid suitable for cooling or
by means of at least one temporarily introduced into the interior of the cooling element under elevated pressure fluid or
at least one permanently in the interior of the cooling element under increased pressure fluid, which is preferably contained in gaseous and liquid phase can be achieved.
Die Verformung kann also allein durch einmalige Druckkraftbeaufschlagung mit einem Fluid, dass lediglich temporär genutzt wird, erreicht werden. Sie wird bei einer rein plastischen Verformung dann beibehalten, ohne dass weiter Druckkräfte des temporär genutzten Fluids wirken. Ein solches Fügeverfahren ist im allgemeinen Maschinenbau als Innenhochdruckfügen bekannt.The deformation can thus be achieved only by a single pressurization with a fluid that is only used temporarily. It is then maintained at a purely plastic deformation, without further pressure forces of the temporary fluid act. Such a joining method is known in general engineering as hydroforming.
Zur verbesserten Beeinflussung der elastischen und oder plastischen Verformung kann im Bereich der Verformung eine Sicke eingebracht werden. Die Geometrie der Sicke ist so ausgestaltet dass die zur Verformung erforderliche Kraft oder der nötige Innendruck reduziert werden können.To improve the influence of the elastic and / or plastic deformation, a bead can be introduced in the region of the deformation. The geometry of the bead is designed so that the force required for deformation or the required internal pressure can be reduced.
Verbesserte Verhältnisse für eine Kühlung lassen sich erreichen, wenn permanent Druckkräfte auf den/die verformbaren Wandbereich(e) und somit auch auf die entsprechende Trägeroberfläche wirken. Dazu kann ein unter erhöhtem Druck stehendes Fluid permanent im Inneren des Kühlelements vorhanden sein und die Druckkräfte damit auch den/die verformbaren Wandbereich(e) wirken. In dieser und der nachfolgend noch zu beschreibenden Ausführungsmöglichkeit, ist es günstig, wenn ein oder mehrere verformbare Wandbereich(e) zumindest überwiegend elastisch und wenn überhaupt nur geringfügig plastisch verformbar sind. Dadurch kann eine dauerhafte Anpassung der sich berührenden Oberflächen erreicht werden. Es können so auch Lufteinschlüsse, die eine thermische Barriere/Isolation bilden könnten, vermieden werden.Improved conditions for cooling can be achieved if permanent compressive forces act on the deformable wall region (s) and thus also on the corresponding carrier surface. For this purpose, a fluid under elevated pressure can be permanently present in the interior of the cooling element and the pressure forces thereby also act on the deformable wall region (s). In this and the embodiment to be described below, it is favorable if one or more deformable wall regions are at least predominantly elastic and if at all only slightly plastically deformable. As a result, a permanent adaptation of the contacting surfaces can be achieved. It can also air pockets, which could form a thermal barrier / insulation can be avoided.
Solche zumindest überwiegend elastisch verformbare Wandbereiche wirken sich auch vorteilhaft aus, wenn ein Fluid in flüssiger und gasförmiger Phase, das unter erhöhtem Druck im Inneren des Kühlelements vorhanden ist, und die entsprechenden Druckkräfte auch gegen den/die verformbaren Wandbereich(e) dauerhaft wirken. So können über längere Zeiträume nahezu konstante Innendruckverhältnisse eingehalten werden, da sich flüssige in gasförmige Phase umwandeln kann, wenn der Innendruck sinkt.Such at least predominantly elastically deformable wall regions also have an advantageous effect if a fluid in the liquid and gaseous phase, which is present under elevated pressure in the interior of the cooling element, and the corresponding pressure forces also act permanently against the deformable wall region (s). Thus, over long periods of time almost constant internal pressure conditions can be maintained, since liquid can convert into gaseous phase when the internal pressure decreases.
Zwischen der Oberfläche des Trägers und dem jeweiligen verformten Wandbereich des Kühlelements kann eine Anpassungsschicht, die bevorzugt haftende Eigenschaften aufweist, zumindest teilweise elektrisch isolierend, zumindest teilweise thermisch gut leitend und/oder plastisch und/oder elastisch verformbar und insbesondere mehrlagig ausgebildet ist, vorhanden sein.Between the surface of the carrier and the respective deformed wall region of the cooling element, an adaptation layer, which preferably has adhesive properties, at least partially electrically insulating, at least partially thermally well conductive and / or plastic and / or elastically deformable and in particular multi-layered, may be present.
Mit einer solchen Anpassungsschicht kann eine elektrische Isolierung zwischen Kühlelement und dem Träger sowie daran ausgebildeten elektrischen Leiterbahnen und dort vorhandenen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen erreicht werden. Damit ist auch eine Fixierung des Kühlelements am Träger möglich.With such an adaptation layer, an electrical insulation between the cooling element and the carrier as well as electrical conductor tracks formed there and electrical and / or electronic components present there can be achieved. This also a fixation of the cooling element on the carrier is possible.
Bei mehrschichtigem Aufbau einer Anpassungsschicht können die einzelnen Schichten unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Die Schichten können abwechselnd leitfähig und elektrisch isolierend ausgebildet sein.With a multilayer structure of an adaptation layer, the individual layers can fulfill different tasks. The layers may be formed alternately conductive and electrically insulating.
Bei der Erfindung eingesetzte Anpassungsschichten sollten ebenfalls plastisch und/oder elastisch verformbar und aus dafür geeigneten Werkstoffen oder Materialien gebildet sein.Adjustment layers used in the invention should also be plastically and / or elastically deformable and formed from suitable materials or materials.
Anpassungsschichten können beispielsweise mit folgenden Werkstoffen und Materialien gebildet werden: Thermisch leitfähige Klebstoffe, die dauerhaft gut an den Oberflächen haften, Schäume sowie Wärmeleitpasten.Adaptation layers can be formed, for example, with the following materials and materials: Thermally conductive adhesives which permanently adhere well to the surfaces, foams and thermal compounds.
Diese Materialien können mit thermisch leitfähigen Partikeln zur Verbesserung des thermischen Widerstands gefüllt sein. Sofern an den im Kontakt stehenden Flächen keine elektrische Isolation erforderlich ist, können die Materialien elektrisch isolierend oder elektrisch leitfähig sein. Ist eine elektrische Isolation erforderlich, können dem isolierenden Matrix-Material Abstandshalter beigemischt werden. Abstandhalter können aus Partikeln, idealerweise sphärische Körper mit definiertem Durchmesser, gebildet und zur Erreichung der gewünschten elektrischen Spannungsfestigkeit eingesetzt sein. Matten aus Gewebe, z. B. aus Glasfasern definierter Dicke sind ebenso vorstellbar. Füllstoffe in Form von Partikeln, Fasern oder Matten können auch zur Einstellung eines definierten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder weiterer mechanischer Eigenschaften, z. B. der Zugfestigkeit, verwendet werden. Es ist auch vorstellbar Lot- oder Sinterwerkstoffe zu verwenden. Die Dicken der Anpassungsschichten werden bevorzugt dünn ausgeführt und sollten im Bereich von wenigen μm bis zu einigen 100 μm liegen.These materials may be filled with thermally conductive particles to improve the thermal resistance. If no electrical insulation is required on the surfaces in contact, the materials may be electrically insulating or electrically conductive. If electrical isolation is required, spacers may be added to the insulating matrix material. Spacers may be formed of particles, ideally spherical bodies of defined diameter, and used to achieve the desired dielectric strength. Mats made of tissue, z. B. of glass fibers of defined thickness are also conceivable. Fillers in the form of particles, fibers or mats can also be used to set a defined thermal expansion coefficient and / or other mechanical properties, eg. As the tensile strength can be used. It is also conceivable to use solder or sintered materials. The thicknesses of the matching layers are preferably made thin and should be in the range of a few microns to several 100 microns.
Die Anpassungsschichten können vor der Montage entweder auf einer Oberfläche eines Trägers oder eines Kühlelements aufgebracht werden. Bevorzugt können Materialien eingesetzt werden, die auf den Oberflächen haften und eine Mindestfestigkeit besitzen, wie dies z. B. mit vorgetrockneten Lacken oder klebende Folien möglich ist. Während der Montage kann durch den wirkenden Innendruck und der vorherrschenden Temperatur die Anpassungsschicht mit allen in Kontakt stehenden Oberflächen dauerhaft verbunden werden.The matching layers may be applied to either a surface of a carrier or a cooling element prior to assembly. Preferably, materials can be used which adhere to the surfaces and have a minimum strength, as z. B. with pre-dried paints or adhesive films is possible. During assembly, due to the internal pressure and the prevailing temperature, the matching layer can be permanently connected to all the surfaces in contact.
An einem Kühlelement können Wandbereiche vorhanden sein, die eine unterschiedliche Wanddicke aufweisen. Wandbereiche mit größerer Wanddicke, als die Wanddicke des plastisch und/oder elastisch verformten oder verformbaren Wandbereichs können eine Abstützung für ein Widerlager, Anschlussstutzen für eine Zu- und/oder Abführung von Fluid oder für einen Angriff von Befestigungs- oder Verbindungselementen (z. B. Schrauben oder Klemmen) bilden.On a cooling element wall regions may be present, which have a different wall thickness. Wall regions with a wall thickness greater than the wall thickness of the plastically and / or elastically deformed or deformable wall region can support a abutment, connecting pieces for the supply and / or discharge of fluid or for an attack of fastening or connecting elements (eg. Screws or clamps).
Zumindest der verformbare Wandbereich kann aus Metall, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, Kupfer oder einer Kupferlegierung, Stahl oder einer Stahllegierung, einem Polymer, in dem bevorzugt thermisch gut leitende Partikel oder Fasern enthalten sind, oder einem Verbundwerkstoff gebildet sein.At least the deformable wall region may be formed from metal, in particular aluminum or an aluminum alloy, copper or a copper alloy, steel or a steel alloy, a polymer in which preferably thermally highly conductive particles or fibers are contained, or a composite material.
Neben der Auswahl des Werkstoffs oder Materials sollte auch die Wandstärke entsprechend dimensioniert sein, um die plastische und/oder elastische Verformbarkeit zu gewährleisten oder das Material entsprechend ausgewählt werden, um die plastische und/oder elastische Verformung für die Erreichung guter und über die zu nutzende Oberfläche zumindest nahezu konstante thermische Leitfähigkeit bei der Herstellung und während der Produktlebensdauer zu gewährleisten.In addition to the choice of material or material and the wall thickness should be dimensioned accordingly to ensure the plastic and / or elastic deformability or the material are selected according to the plastic and / or elastic deformation to achieve good and on the surface to be used at least to ensure almost constant thermal conductivity during manufacture and during the product life.
Das Kühlelement kann auch so ausgebildet sein, dass ein oder mehrere bestückte(r) Träger jeweils von zwei gegenüberliegenden Seiten mit plastisch und/oder elastisch verformten Wandbereichen eingefasst ist/sind, wobei das Kühlelement bevorzugt dazu eine gewellte oder mäanderförmige Außenwand aufweist. Dadurch kann jeweils mindestens ein Kühlelement in eine Vertiefung eines wellenförmig oder mäanderförmig ausgebildeten Kühlelements eingeführt und so klemmend von den Wandbereichen des Kühlelements gehalten werden, und dabei ein berührender Kontakt zwischen den verformbaren Wandbereichen des Kühlelements und den nach außen weisenden Oberflächen des bestückten Trägers bei im Kühlelement wirkendem erhöhten Innendruck erreicht werden kann. Ein Träger kann so zwischen zwei gegenüberliegend angeordneten verformbaren Wandbereichen des Kühlelements klemmend gehalten werden.The cooling element can also be designed so that one or more stocked carrier (s) is enclosed in each case by two opposite sides with plastically and / or elastically deformed wall regions, wherein the cooling element preferably has a corrugated or meandering outer wall. As a result, in each case at least one cooling element can be introduced into a depression of a corrugated or meandering cooling element and thus clamped by the wall regions of the cooling element, while touching contact between the deformable wall regions of the cooling element and the outwardly facing surfaces of the assembled carrier in the cooling element acting increased internal pressure can be achieved. A carrier can thus be clamped between two oppositely arranged deformable wall portions of the cooling element.
Da an einem Kühlelement mehrere solcher Vertiefungen zwischen verformbaren Wandbereichen vorhanden sein können, kann auch eine entsprechend große Anzahl an bestückten Trägern so mit einem Kühlelement gemeinsam gekühlt werden. Sie können am Kühlelement in mindestens einer Reihenanordnung angeordnet und kraft- und formschlüssig daran fixiert sein.Since a plurality of such recesses can be present between deformable wall regions on a cooling element, a correspondingly large number of assembled carriers can also be cooled together with a cooling element. They can be arranged on the cooling element in at least one row arrangement and fixed in a force and form fit thereto.
Dabei kann ein oder es können mehrere Träger wieder entfernt werden, wenn der Innendruck im Kühlelement ausreichend reduziert oder gar Unterdruck eingehalten wird, und so die wirkenden Druckkräfte nicht mehr ausreichen, um den jeweiligen Träger fest mit dem Kühlelement verbunden zu halten. Dies kann bei einem erforderlichen Austausch eines Trägers vorteilhaft sein.In this case, one or more carriers can be removed again if the internal pressure in the cooling element is sufficiently reduced or even reduced pressure is maintained, and thus the acting pressure forces are no longer sufficient to hold the respective carrier firmly connected to the cooling element. This may be advantageous in a required replacement of a carrier.
Im Inneren des Kühlelements können vorteilhaft vom zur Kühlung geeigneten Fluid umströmbare und im Fluid nicht lösliche Partikel, Strömungsumleitungselemente und/oder mindestens ein Element, das eine Heat Pipe-Funktion erfüllt, vorhanden oder dort angeordnet sein. Mit Partikeln und/oder Strömungsumleitungselementen kann eine turbulente Strömung des zur Kühlung geeigneten Fluids erreicht werden, die besser zur Abführung von Wärme geeignet ist, als eine reine oder überwiegend laminare Strömung. Strömungsumleitungselemente können im Inneren angeordnete und/oder an der inneren Wand des Kühlelements angebrachte Leitelemente oder Leitbleche sein, die eine geradförmige Bewegung des zur Kühlung geeigneten Fluids be- und/oder verhindern.In the interior of the cooling element can advantageously by the fluid suitable for cooling fluid and not soluble in the fluid particles, Strömungsumleitungselemente and / or at least one element that meets a heat pipe function, be present or arranged there. With particles and / or Strömungsumleitungselementen a turbulent flow of the fluid suitable for cooling can be achieved, which is better suited for the dissipation of heat, as a pure or predominantly laminar flow. Strömungsumleitungselemente may be arranged inside and / or attached to the inner wall of the cooling element guide elements or baffles, which prevent and / or prevent a linear movement of the fluid suitable for cooling.
Im Inneren des Kühlelements können vorteilhaft vom zur Kühlung geeigneten Fluid umströmbare Volumenkörper eingebracht werden, um den durchflossenen Querschnitt sowie das Volumen zu verkleinern, wodurch das Fluid bevorzugt an die zu kühlenden Oberflächen strömt und dadurch ein ineffektiver Kühlmittelfluß vermieden werden kann.In the interior of the cooling element can advantageously be introduced from the fluid suitable for cooling fluid umströmbare volume to reduce the flow cross-section and the volume, whereby the fluid flows preferably to the surfaces to be cooled and thereby an ineffective coolant flow can be avoided.
Leitbleche und Einlegeteile können vor der gezielten Beeinflussung des Innendrucks und vor der elastischen/plastischen Verformung der Wände des Kühlelements mit den Innenwänden geeignet verbunden sein. Durch die Wirkung des Innendrucks verformen sich die Leitbleche und Einlegeteile entsprechend und behalten den direkten Kontakt zur Innenwand des Kühlelements bei und bilden dabei eine anströmungsgünstige Geometrie. Durch den Kontakt der Leitbleche und Einlegeteile mit der Wand des Kühlelements kann ein Wärmetransport durch Wärmeleitung in diese stattfinden wodurch die Teile und deren mit Kühlmedium umspülten Oberflächen ebenfalls zur Kühlung beitragen und so den effektiven Wärmewiderstands des Trägers zum Kühlmittel verbessern.Guide plates and inserts can be suitably connected to the inner walls before the targeted influencing of the internal pressure and before the elastic / plastic deformation of the walls of the cooling element. Due to the effect of the internal pressure, the baffles and inserts deform accordingly and maintain the direct contact with the inner wall of the cooling element and thereby form a flow-favorable geometry. By the contact of the baffles and inserts with the wall of the cooling element, a heat transfer can take place by heat conduction in this, whereby the parts and their surfaces flushed with cooling medium also contribute to cooling, thus improving the effective thermal resistance of the carrier to the coolant.
Mit einem oder mehreren Elementen, die ein Heat Pipe-Funktion erfüllen können, kann eine verbesserte Kühlwirkung und Wärmeabführung erreicht werden. With one or more elements that can fulfill a heat pipe function, improved cooling and heat dissipation can be achieved.
In einer Ausführungsform der Erfindung können im Inneren des Kühlelements mindestens zwei fluiddicht voneinander getrennte Hohlräume vorhanden sein. Dabei kann in einem Hohlraum ein Fluid mit einem Druck enthalten sein, mit dem eine Verformung des Wandbereichs, der in Richtung der jeweiligen Trägeroberfläche weist, erreichbar oder einhaltbar ist und durch einen weiteren Hohlraum kann ein zur Kühlung geeignetes Fluid strömen. So kann der Aufbau des Kühlelements in Bezug zu den zu erfüllenden Funktionen, nämlich eine verbesserte mechanische Kontaktierung von Kühlelement und Träger sowie eine sehr gute Wärmeabfuhr, weiter verbessert werden.In one embodiment of the invention, at least two fluid-tightly isolated cavities may be present in the interior of the cooling element. In this case, a fluid can be contained in a cavity with a pressure with which a deformation of the wall region facing in the direction of the respective carrier surface can be reached or maintained, and a fluid suitable for cooling can flow through a further cavity. Thus, the structure of the cooling element in relation to the functions to be fulfilled, namely an improved mechanical contacting of the cooling element and the carrier and a very good heat dissipation, can be further improved.
Bei einer Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass mindestens ein Kühlelement oder mindestens ein Kühlelement mit mindestens einem bestückten Träger zumindest bereichsweise von einem Gehäuse umschlossen ist/sind. Das Gehäuse kann so eine Widerlagerfunktion bei der Verformung des Wandbereichs erfüllen. Dies ist besonders günstig, wenn das gesamte Kühlelement oder große Teile davon aus einem verformbaren Werkstoff gebildet sind, wie dies zumindest bei dem verformbaren Wandbereich der Fall sein soll. Mit dem Gehäuse kann eine Abstützung erreicht werden, mit der eine gezielte Verformung lediglich in dem gewünschten Wandbereich, der mit der jeweiligen Oberfläche des Trägers in berührenden Kontakt gebracht werden soll, gezielt auftritt und sich andere Bereiche, die sich an der Gehäusewand abstützen, nicht verformen, wenn sie aus einem entsprechenden Werkstoff oder Material gebildet sind und/oder eine erhöhte Wandstärke aufweisen.In one embodiment, there is the possibility that at least one cooling element or at least one cooling element is at least partially enclosed by a housing with at least one equipped carrier / are. The housing can thus fulfill an abutment function in the deformation of the wall area. This is particularly favorable when the entire cooling element or large parts thereof are formed from a deformable material, as should be the case at least in the deformable wall region. With the housing, a support can be achieved, with the targeted deformation only specifically in the desired wall area, which is to be brought into contact with the respective surface of the carrier, specifically occurs and other areas that are supported on the housing wall, not deform if they are formed from a corresponding material or material and / or have an increased wall thickness.
Bereits in der Ausgangsform, also wenn noch keine Verformung mindestens eines Wandbereichs durch den erhöhten Innendruck und die damit wirkenden Druckkräfte erfolgt ist, kann die äußere Gestalt und/oder Kontur an die Oberfläche ggf. auch der Oberflächenkontur der Oberfläche des Trägers, mit der ein verformbarer Wandbereich in berührenden Kontakt gebracht werden soll, angepasst sein.Already in its original form, that is to say when no deformation of at least one wall region has occurred due to the increased internal pressure and the pressure forces acting thereon, the external shape and / or contour on the surface may possibly also be the surface contour of the surface of the carrier, with which a deformable Wall area to be brought into touching contact, be adapted.
Mit der Erfindung kann die Montage, die Ausrichtung der einzelnen Elemente zueinander und die Kompensation verwölbter Oberflächen erheblich vereinfacht werden. Die mechanische Kontaktierung wird ähnlich, wie eine Selbstzentrierung erreicht und beibehalten. Mechanische Spannungen, wenn sie überhaupt auftreten, können zumindest stark reduziert werden. Verwölbte Oberflächen oder gar bewusst nicht planar gefertigte Oberflächen stellen nicht weiter ein Problem bei der Kühlung dar.With the invention, the assembly, the alignment of the individual elements to each other and the compensation of cambered surfaces can be considerably simplified. The mechanical contacting is similar to achieving and maintaining a self-centering. Mechanical stresses, if they occur at all, can at least be greatly reduced. Warped surfaces or deliberately nonplanar surfaces are not a problem in cooling.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. Dabei können technische Merkmale unabhängig davon, ob sie lediglich bei einem der nachfolgenden Beispiele eingesetzt worden sind, auch mit Ausführungsformen anderer Beispiele kombiniert werden.The invention will be explained in more detail by way of example in the following. In this case, technical features, regardless of whether they have been used only in one of the following examples, also be combined with embodiments of other examples.
Dabei zeigen:Showing:
In
Bei dem in
Das Kühlelement
Infolge der im Inneren des Kühlelements
Infolge der im Inneren des Kühlelements
Die zu kühlenden Oberflächen der Träger
Die Wandung des Kühlelements
Die Wandung des Kühlelements
Anpassungsschichten
Bei dem in
Bei diesem Beispiel weisen die Kühlelemente
Da die Wand der Kühlelemente
Zur Verbesserung der Druckübertragung vom Kühlelement
Besonders vorteilhaft kann in den äußeren Hohlräumen
In nicht dargestellter Form, können die Kühlelemente
Das Beispiel nach
In ebenfalls nicht dargestellter Form, ist auch eine Aufskalierung möglich, indem in einem gemeinsamen Gehäuse
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