DE102017206239A1

DE102017206239A1 - Kühlkörper eines Umrichters

Info

Publication number: DE102017206239A1
Application number: DE102017206239.8A
Authority: DE
Inventors: Bernd Bormuth
Original assignee: Baumueller Nuernberg GmbH
Current assignee: Baumueller Nuernberg GmbH
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2018-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper (16) eines Umrichters (2), insbesondere eines Leistungsmoduls (8), mit einem aus einem Edelstahl erstellten Grundkörper (18), in den eine Nut (42) mit einem ersten Ende (38) und mit einem zweiten Ende (40) eingebracht ist. Ein aus einem Edelstahl erstellten Deckel (22) ist an dem Grundkörper (18) befestigt, und mittels des Deckels (22) ist die Nut (42) abgedeckt. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung eines Kühlkörpers (16) und ein Verfahren (56) zur Herstellung eines Kühlkörpers (16).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper eines Umrichters sowie eine Verwendung eines Kühlkörpers als auch ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers.
Industrieanlagen weisen üblicherweise eine Vielzahl an rotierenden elektrischen Maschinen auf, mittels derer beispielsweise Werkzeuge oder Förderbänder angetrieben werden. Die hierfür benötigte elektrische Energie wird mittels Umrichtern bereitgestellt, die signaltechnisch mit einer Prozesssteuerung gekoppelt sind. Der Umrichter ist elektrisch mit einem Versorgernetzwerk gekoppelt und weist Halbleiterschalter auf, die zwischen das Versorgernetzwerk und die elektrische Maschine geschaltet sind. Die Halbleiterschalter selbst sind in einer Brückenschaltung miteinander verschaltet, meist in einer B6-Schaltung. Hierbei ist eine Anzahl der Halbleiterschalter, meist zwei oder drei der Halbleiterschalter, zu einem Leistungsmodul zusammengefasst, welches somit diese Halbleiterschalter umfasst. Die Halbleiterschalter des jeweiligen Leistungsmoduls sind in einem gemeinsamen Gehäuse des Leistungsmoduls angeordnet und z.T. dort vergossen.
Bei Betrieb beträgt die mittels der Halbleiterschalter geschaltete elektrische Spannung zwischen 500 Volt und 800 Volt, wobei die geschalteten elektrischen Ströme eine Stromstärke zwischen 1 Ampere und 10 Ampere aufweisen. Bei der Betätigung der Halbleiterschalter entstehen Schaltverluste, welche zu einer Erwärmung der Halbleiterschalter sowie des Leistungsmoduls führen. Jeder Halbleiterschalter bzw. jedes Leistungsmodul weist eine maximale Betriebstemperatur auf. Bei Überschreiten dieser maximalen Betriebstemperatur ist es möglich, dass der Halbleiterschalter bzw. das Leistungsmodul beschädigt wird. Folglich ist es erforderlich, dass der Halbleiterschalter bzw. das Leistungsmodul oder sonstige elektronische/elektrische Bauteile, wie Widerstände, gekühlt werden. Hierfür werden beispielsweise passive Kühlkörper herangezogen, die aus einem Aluminium erstellt sind und Kühlrippen aufweisen. Weitere Alternativen sehen vor, dass Edelstahlrohre innerhalb eines Grundkörpers aus einem Aluminium angeordnet werden. Durch die Rohre wird bei Betrieb meist Wasser geleitet, welches die überschüssige Temperatur des Grundkörpers aufnimmt. Zur Herstellung werden die Edelstahlrohre beispielsweise in dem Grundkörper verpresst oder in diesen eingezogen. Beim Einziehen der Edelstahlrohre ist es möglich, dass zwischen den Rohren und dem Grundkörper, der an dem Halbleiter bzw. Leistungsmodul anliegt, Hohlräume mit Luft gebildet sind, sodass in diesem Bereich ein Wärmeübertrag zwischen dem Grundkörper und den Rohren beeinträchtigt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Kühlkörper sowie eine besonders geeignete Verwendung eines Kühlkörpers als auch ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers anzugeben, wobei insbesondere Herstellungskosten reduziert sind, und wobei vorzugsweise eine Zuverlässigkeit erhöht ist.
Hinsichtlich des Kühlkörpers wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich der Verwendung durch die Merkmale des Anspruchs 9 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Der Kühlkörper ist ein Bestandteil eines Umrichters und dient insbesondere der Kühlung eines Bauteils des Umrichters. Der Umrichter weist vorzugsweise einen Halbleiterschalter, beispielsweise vier oder sechs Halbleiterschalter auf, die zweckmäßigerweise in einer Brückenschaltung miteinander verschaltet sind. Mit anderen Worten weist der Umrichter eine B4- oder B6-Schaltung auf. Geeigneterweise ist der oder zumindest einer der Halbleiterschalter bei Betrieb mittels des Kühlkörpers gekühlt, und der Kühlkörper liegt an dem Halbleiterschalter bzw. den Halbleiterschaltern an, insbesondere direkt oder über eine Wärmeleitpaste. Geeigneterweise sind die Halbleiterschalter als Leistungshalbleiterschalter ausgestaltet, und der Umrichter umfasst somit Leistungshalbleiterschalter. Der Halbleiterschalter bzw. die Halbleiterschalter sind insbesondere Feldeffekttransistoren und beispielsweise MOSFETs, JFETs, GTOs oder IGBTs. Alternativ oder in Kombination hierzu dient der Kühlkörper der Kühlung eines Thyristors oder eines Widerstandes, wie eines Leistungswiderstandes.
Beispielsweise sind eine Anzahl der Halbleiterschalter, beispielsweise zwei oder drei Halbleiterschalter, zu einem Leistungsmodul zusammengefasst, das ein Gehäuse aufweist. Hierbei sind die Halbleiterschalter bevorzugt mittels des Gehäuses umgeben, und der Kühlkörper liegt zweckmäßigerweise an dem Gehäuse an, vorzugsweise direkt. Insbesondere umfasst das Leistungsmodul weitere Halbleiter, wie Dioden. Mit anderen Worten ist das Leistungsmodul ein Verbund aus Halbleitern, die geeignet miteinander verschaltet sind, und das Leistungsmodul umfasst vorzugsweise eine Anzahl an elektrischen Anschlüssen.
Geeigneterweise umfasst der Umrichter einen Zwischenkreis der gegen die Brückenschaltung geführt ist. Insbesondere umfasst der Umrichter eine Gleichrichterseite, die mit einem Versorgungsnetz gekoppelt ist, die beispielsweise einen Drehstrom mit einer Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz aufweist. Beispielswiese ist die Gleichrichterseite mittels eines Gleichrichters realisiert, welcher vorzugsweise ein separates Gerät ist. Zum Beispiel weist der Umrichter eine Wechselrichterseite auf. Der Umrichter dient insbesondere der Bestromung eines Elektromotors. Der Elektromotor ist beispielsweise ein Synchron- oder Asynchronmotor. Geeigneterweise weist der Elektromotor zwei oder drei elektrische Phasen auf, die zueinander um insbesondere 120° versetzt sind.
Zum Beispiel ist der Umrichter ein Bestandteil einer Industrieanlage. Insbesondere weist der Umrichter eine maximale Leitungsabgabe zwischen 700 W und 500 kW auf. Zweckmäßigerweise ist die Leitungsabgabe größer oder gleich 1 kW, 5 kW, 10 kW, 50 kW, 100 kW oder 200 kW. Zum Beispiel ist die Leitungsabgabe kleiner oder gleich 400 kW, 250 kW, 100 kW, 50 kW, 15 kW oder 2 kW. Geeigneterweise wird mittels des Umrichters ein Elektromotor betrieben, wie ein Synchronmotor oder Asynchronmotor, insbesondere ein bürstenloser Elektromotor.
Der Kühlkörper weist einen Grundkörper auf, der aus einem Edelstahl erstellt ist. Insbesondere besteht der Grundkörper aus dem Edelstahl. Der Edelstahl ist beispielsweise ein rostfreier Stahl und z.B. V2A oder V4A. In den Grundkörper ist eine Nut mit einem ersten Ende und mit einem zweiten Ende eingebracht. Die Nut verläuft zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende und ist insbesondere nach Art eines nach oben offenen Kanals ausgestaltet. Insbesondere ist die Nut durchgehend zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende verlaufend ausgestaltet. Hierbei ist der Verlauf der Nut insbesondere auf Anforderungen an den Kühlkörper angepasst. Das erste und/oder das zweite Ende sind beispielsweise in einem Randbereich des Grundkörpers angeordnet. Besonders bevorzugt ist das erste Ende und/oder das zweite Ende, vorzugsweise beide Enden, von einem Randbereich des Grundkörpers beabstandet.
Ferner umfasst der Kühlkörper einen aus einem Edelstahl erstellten Deckel. Insbesondere besteht der Deckel aus dem Edelstahl. Der Edelstahl ist geeigneterweise ein rostfreier Edelstahl, und beispielsweise V2A oder V4A. Zum Beispiel ist der Edelstahl, aus dem der Deckel erstellt ist, der gleiche Edelstahl, aus dem der Grundkörper erstellt ist. Der Deckel ist an dem Grundkörper befestigt, und mittels des Deckels ist die Nut abgedeckt. Mit anderen Worten ist die Nut mittels des Deckels verschlossen, und der Deckel bildet zumindest teilweise eine Decke eines Kanals, der mittels der Nut und dem Deckel gebildet ist, und der zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende verläuft. Der Deckel ist beispielsweise stoffschlüssig mit dem Grundkörper verbunden und insbesondere mit diesem verschweißt, wobei vorzugsweise eine Schweißnahtverbindung herangezogen wird. Geeigneterweise ist der Deckel umfangsseitig umlaufend mit der Schweißnaht versehen, und der Deckel ist somit umfangsseitig mit dem Grundkörper verbunden. Alternativ oder in Kombination hierzu ist der Deckel mittels Punktschweißen mit dem Grundkörper verbunden.
Bei Betrieb wird zweckmäßigerweise ein Fluid, geeigneterweise eine Flüssigkeit, durch die Nut geleitet, beispielsweise Öl oder Wasser. Mit anderen Worten ist das Fluid in der Nut angeordnet. Das Fluid ist beispielsweise ein Bestandteil eines Kühlkreislaufs, der geschlossen oder offen ausgestaltet ist. Mit anderen Worten wird stets das gleiche Kühlfluid herangezogen, welches somit innerhalb des Kreislaufs umgewälzt wird. Alternativ wird aus einem bestimmten Reservoir das Fluid entnommen und in ein hiervon separiertes Reservoir abgegeben, sodass nicht stets das gleiche Fluid durch die Nut geleitet wird.
Aufgrund der Verwendung von Edelstahl sowohl für den Grundkörper als auch für den Deckel ist hierbei eine Beschädigung des Kühlkörpers auch bei einem vergleichsweise korrosiven oder aggressiven Fluid vermieden. Auch tritt keine Oxidation im Bereich der Nut auf, weswegen eine Zuverlässigkeit des Kühlkörpers erhöht ist. Zudem ist es nicht erforderlich, dass verschiedene Materialien über einen vergleichsweise großen Bereich wärmetechnisch miteinander verbunden sind. Vielmehr reicht die Kopplung des Grundkörpers an ein zu kühlendes Bauteil bzw. die thermische Kopplung des Deckels an das zu kühlende Bauteil aus, wobei die jeweils hierüber eingebrachte thermische Energie an das durch die Nut strömendes Fluid abgegeben wird. Beispielsweise ist das zu kühlende Bauteil, insbesondere der Halbleiterschalter bzw. das Leistungsmodul, wärmetechnisch mit dem Grundkörper oder dem Deckel verbunden und liegt zweckmäßigerweise an dem Grundkörper bzw. dem Deckel an, insbesondere direkt.
Die Nut ist beispielsweise bei Erstellung des Grundkörpers bereits vorhanden und wird insbesondere bei einem Gießen des Grundkörpers erstellt. Beispielsweise wird die Nut mittels Schmieden in den Grundkörper eingebracht. Besonders bevorzugt jedoch wird die Nut in den Grundkörper gefräst. Infolgedessen kann ein im Wesentlichen beliebiger Grundkörper herangezogen werden, in den die Nut eingebracht wird. Zudem ist es ermöglicht, die Nut an jeweilige aktuelle Anforderungen anzupassen, wobei eine Änderung eines zur Erstellung des Kühlkörpers erforderlichen Werkzeugs nicht erforderlich ist. Insbesondere ist der Verlauf der Nut an das zu kühlende Bauteil angepasst, und die Nut überdeckt bei einer Projektion auf das zu kühlende Bauteil zumindest teilweise das zu kühlende Bauteil. Beispielsweise ist die Nut mäanderförmig oder zumindest teilweise mäanderförmig ausgestaltet, weswegen es ermöglicht ist ein vergleichsweise großes Volumen des Fluides durch die Nut zu befördern.
Beispielsweise ist das erste Ende oder das zweite Ende, insbesondere beide Enden, in einem Randbereich des Grundkörpers angeordnet, sodass bei montiertem Deckel mittels des ersten und/oder des zweiten Endes jeweils eine Öffnung in dem Grundkörper bereitgestellt ist. Alternativ ist eines der Enden, beispielsweise beide Enden von dem Randbereich beabstandet, und der Grundkörper weist von dem Randbereich ausgehend eine Bohrung auf, die in dem jeweiligen Ende mündet und somit die Öffnung bereitstellt. Der Deckel ist in diesen Fällen geeigneterweise durchgehen und somit öffnungsfrei. Vorzugsweise weist der Deckel im Bereich der beiden Enden jeweils eine Öffnung auf. Mit anderen Worten umfasst der Deckel zwei Öffnungen, wobei jeweils eine der Öffnungen bei Projektion auf den Grundkörper zumindest jeweils eines der Enden zumindest teilweise überdeckt. Über die Öffnungen ist ein Einleiten des Fluides in die Nut und ein Ausleiten des Fluides aus der Nut ermöglicht. Geeigneterweise sind die Öffnungen ein Auslass und beispielsweise nach Art eines Rohranschlusses ausgestaltet. Mit anderen Worten ist der Deckel im Bereich der Öffnung gewölbt ausgestaltet, insbesondere nach Art eines Hohlzylinders, sodass ein Anschluss von beispielsweise einem Schlauch oder dergleichen möglich ist. Auf diese Weise ist ein Einleiten des Fluides und ein Ausleiten des Fluides aus der Nut vereinfacht.
Beispielsweise weist die Nut einen V-förmigen Querschnitt auf. Zweckmäßigerweise jedoch ist der Querschnitt der Nut U-förmig oder besonders bevorzugt rechteckförmig. Infolgedessen ist ein mittels der Nut bereitgestelltes Volumen vergrößert, sodass ein vergrößertes Fluidvolumen durch die Nut geleitet werden kann. Infolgedessen ist eine Kühlleistung verbessert. Auch ist ein Wärmeeintrag in die Nut aufgrund der vergrößerten Oberfläche der Nut verbessert. Ferner erfolgt aufgrund eines derartigen Querschnitts eine Ausbildung von Turbulenzen in dem durch die Nut geleiteten Fluid, sodass der Wärmeübertrag von dem Grundkörper bzw. dem Deckel auf das innerhalb der Nut geführte Fluid verbessert ist. Der Querschnitt der Nut ist beispielsweise über deren gesamten Verlauf gleich oder variiert in bestimmten Abschnitten. In zumindest einem der Abschnitte ist der Querschnitt der Nut somit beispielsweise V-förmig oder U-förmig bzw. rechteckförmig ausgestaltet. Insbesondere ist die Nut über deren gesamten Verlauf zwischen den beiden Enden rechteckförmig ausgestaltet.
Beispielsweise sind in der Nut Turbulatoren angeordnet, die beispielsweise mittels eines Materialüberschuss erstellt sind, welcher bei dem Erstellen der Nut nicht abgetragen wird, sofern diese beispielsweise gefräst wird. Mittels der Turbulatoren werden bei Betrieb in das innerhalb der Nut fließende Fluid Turbulenzen eingebracht, beispielsweise aufgrund einer Verjüngung der Nut in bestimmten Bereichen oder aufgrund der Einbringung einer Prallfläche im Wesentlichen mittig im Querschnitt der Nut, sodass diese beispielsweise einen W-förmigen Querschnitt in einem bestimmten Bereich aufweist. Aufgrund der zusätzlichen Turbulenzen ist der Wärmeübertrag von dem Grundkörper bzw. dem Deckel auf das innerhalb der Nut geführte Fluid weiter verbessert.
Der Grundkörper ist vorzugsweise plattenförmig ausgestaltet. Mit anderen Worten ist der Grundkörper insbesondere aus einer Edelstahlplatte erstellt und beispielsweise aus dieser ausgestanzt oder aus einem plattenförmigen Halbzeug erstellt. Somit ist die Ausdehnungsrichtung des Grundkörpers im Wesentlichen in zwei zueinander senkrechten Richtungen, also in einer Ebene (Ausdehnungsebene), wobei die Ausdehnung in einer hierzu senkrechten Richtung die Dicke des Grundkörpers bezeichnet und zweckmäßigerweise kleiner als die Hälfte, ein Viertel, ein Zehntel oder ein Zwanzigstel der Ausdehnung in eine Richtung innerhalb der Ebene ist. Somit weist der Grundkörper zwei zueinander parallele Oberflächen auf, die sich entlang der Ausbreitungsebene erstrecken. In eine der Oberflächen ist vorzugsweise die Nut eingebracht.
Beispielsweise ist der Grundkörper quaderförmig ausgestaltet, sodass die Begrenzung innerhalb der Ebene beispielsweise ein Rechteck oder ein Quader ist. Die Dicke des Grundkörpers ist zweckmäßigerweise zwischen 5 mm und 1 cm. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise kompakter Grundkörper bereitgestellt, und die Länge des Wärmeflusses von dem mittels des Kühlkörpers zu kühlenden Bauteils zu der Nut und dem hierin angeordneten Fluid ist vergleichsweise kurz, was den Wärmeübertrag verbessert. Zweckmäßigerweise ist die Dicke zwischen 6 mm und 8 mm, sodass einerseits ein vergleichsweise stabiler Grundkörper bereitgestellt ist. Andererseits ist die Länge des Wärmeflusses verringert. Alternativ oder in Kombination hierzu ist die Tiefe der Nut größer als die Hälfte der Dicke des Grundkörpers, also insbesondere ist die Tiefe der Nut größer als 2,5 mm bzw. 0,5 cm. Zweckmäßigerweise reicht die Nut bis zwischen 1 mm und 3 mm zur Oberfläche des Grundkörpers heran, die der Oberfläche abgewandt ist, in die die Nut eingebracht ist. Beispielsweise ist der Abstand der Nut von dieser Oberfläche im Wesentlichen gleich 2 mm. Auf diese Weise weist der Grundkörper einerseits eine vergleichsweise hohe mechanische Integrität auf, und andererseits ist die Länge des Wärmeflusses verringert, sofern das zu kühlende Bauteil auf der dem Deckel gegenüberliegenden Seite des Kühlkörpers angeordnet ist, an der das zu kühlende Bauteil vorzugsweise anliegt.
Beispielsweise ist der Deckel ebenfalls plattenförmig ausgestaltet und weist zweckmäßigerweise eine Dicke zwischen 5 mm und 1 cm, insbesondere zwischen 6 mm und 8 mm auf. Geeigneterweise ist die Dicke des Deckels gleich der Dicke des Grundkörpers, und vorzugsweise ist das Material des Deckels gleich dem Material des Grundkörpers, sodass diese beispielsweise aus dem gleichen Halbzeug hergestellt werden können. Insbesondere ist der Deckel bündig mit dem Grundkörper, sodass der Verbund aus Deckel und Grundkörper im Wesentlichen ebenfalls plattenförmig ausgestaltet ist. Zweckmäßigerweise jedoch ist der Deckel von dem Rand des Grundkörpers beabstandet, sodass der Kühlkörper stufenförmig ausgestaltet ist. Der Rand bildet hierbei die Begrenzung des Grundkörpers in der Ausdehnungsebene. Zweckmäßigerweise ist der Deckel umfangsseitig von der Schweißnaht umgeben, mittels derer der Deckel an dem Grundkörper gehalten wird. Infolgedessen ist auch bei einem vergleichsweise hohen Druck des innerhalb der Nut bewegten Fluides eine Ausbeulung oder Auswölbung des Deckels verringert, weswegen ein Austritt des Fluides aus der Nut unterbunden oder zumindest reduziert ist. Aufgrund der Schweißnaht wird zudem im Wesentlichen ein Austritt des Fluides aus dem zwischen dem Deckel und dem Grundkörper gebildeten Raumbereichs vermieden und insbesondere lediglich auf die Öffnungen des Deckels beschränkt, sofern diese vorhanden sind.
Zweckmäßigerweise weist die Nut eine Anzahl zueinander parallel geschalteter Kanäle auf. Mit anderen Worten umfasst die Nut zumindest zwei Zweigstellen, wobei die beiden Zweigstellen jeweils mittels einer Anzahl der Kanäle verbunden sind. Hierbei ist die Länge der Kanäle zweckmäßigerweise gleich. Insbesondere ist die Anzahl der Kanäle zwischen zwei Kanälen und zehn Kanälen, zwischen drei Kanälen und sieben Kanälen und insbesondere zwischen vier Kanälen und sechs Kanälen. Hierbei ist mittels der Nut im Bereich der Kanäle und den Kanälen zweckmäßigerweise eine Z-Form gebildet. Mit anderen Worten ist die Nut im Bereich der Kanäle Z-förmig ausgestaltet, wobei der mittlere Bereich mittels der Kanäle gebildet ist, und wobei die verbleibenden Schenkel jeweils mittels nur eines einzigen Kanals, der die Nut bildet, gebildet ist. Hierbei sind die Kanäle vorzugsweise geometrisch zueinander parallel angeordnet. Infolgedessen ist die Weglänge des Fluides durch die Nut im Wesentlichen gleich, unabhängig von dem Kanal, durch den das Fluid geführt wird. Vorzugsweise ist auch unabhängig von der Z-Form die Weglänge, die das Fluid durch die Nut geführt wird, unabhängig von dem konkreten Kanal, sofern mehrere Kanäle vorhanden sind. Infolgedessen ist eine Rückführung des Fluides durch etwaige anderer Kanäle oder ein vergleichsweise großer Wärmegradient innerhalb des Kühlkörpers bei Betrieb vermieden.
Beispielsweise liegt das zu kühlende Bauteil im Wesentlichen plan an dem Grundkörper oder dem Deckel an. Besonders bevorzugt jedoch ist eine dem Deckel abgewandte Oberfläche des Grundkörpers mit einer Wärmeleitpaste versehen. Insbesondere liegt hierbei das zu kühlende Bauteil an der mit der Wärmeleitpaste versehenen Oberfläche an. Auf diese Weise ist ein Wärmeübertrag zwischen dem zu kühlenden Bauteil und dem Grundkörper und somit dem innerhalb der Nut bewegten und angeordneten Fluid verbessert. Alternativ oder in Kombination hierzu ist an der dem Deckel abgewandten Oberfläche des Grundkörpers ein weiterer Körper angebunden, wobei beispielsweise zwischen dem Grundkörper und dem weiteren Körper die Wärmeleitpaste vorhanden ist. Alternativ hierzu liegen der weitere Körper und der Grundkörper mechanisch direkt aneinander an. Zweckmäßigerweise ist hierbei der weitere Körper zwischen dem Grundkörper und dem zu kühlenden Bauteil angeordnet, und das zu kühlende Bauteil liegt beispielsweise direkt an dem weiteren Körper oder über eine Wärmeleitpaste an dem weiteren Körper an. Der weitere Körper ist beispielsweise plattenförmig ausgestaltet und/oder parallel zu dem Grundkörper angeordnet. Insbesondere ist der weitere Körper quaderförmig ausgestaltet und weist beispielsweise eine Dicke zwischen 0,5 cm und 2 cm auf. Der weitere Körper ist insbesondere aus einem Aluminium, beispielsweise reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung erstellt, und somit ein Aluminiumkörper. Alternativ ist der weitere Körper aus einem Kupfer, also reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung, erstellt und somit ein Kupferkörper. In einer weiteren Alternative ist der weitere Körper aus einem sonstigen Metall gefertigt, das vorzugsweise einen vergleichsweise großen Wärmeleitkoeffizienten aufweist.
Der Aluminiumkörper weist einen verbesserten Wärmeleitkoeffizienten als der Grundkörper auf. Bei Betrieb wird somit insbesondere mittels des Aluminiumkörpers die Wärme des zu kühlenden Bauteils aufgenommen und von diesem an den Grundkörper abgegeben. Von hier wird die Wärme an das innerhalb der Nut angeordnete Fluid abgegeben. Bei Betrieb wird beispielsweise im Wesentlichen kontinuierlich das Fluid durch die Nut geführt. Alternativ wird das Fluid lediglich stoßweise, also zu bestimmten Zeitintervallen, durch die Nut geleitet. In der verbleibenden Zeit ist beispielsweise die Nut frei von dem Fluid oder das Fluid wird in der Nut im Wesentlichen nicht bewegt. Während des Durchflusses des Fluides durch die Nut wird die Wärme von dem Grundkörper und dem Aluminiumkörper abtransportiert, sodass diese vergleichsweise effizient gekühlt werden. Bei nicht bewegtem Fluid wird die von dem zu kühlenden Bauteil abgegebene Wärme im Wesentlichen mittels des Aluminiumkörpers aufgenommen. Infolgedessen kann auch ein vergleichsweise kühles Fluid herangezogen werden, ohne dass eine Kondenswasserbildung im Bereich des Kühlkörpers erfolgt. Eine Überhitzung des zu kühlenden Bauteils ist aufgrund der Wärmespeicherkapazität des Aluminiumkörpers verhindert.
Insbesondere betrifft die Erfindung somit auch ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlkörpers, der geeigneterweise den Aluminiumkörper aufweist. Hierbei wird das Fluid stoßweise zu bestimmten Zeitintervallen durch die Nut geleitet, bis beispielsweise eine Temperatur des Kühlkörpers unterhalb eines ersten Grenzwerts ist. Sobald die Temperatur des Kühlkörpers oberhalb eines zweiten Grenzwerts ist, wird zweckmäßigerweise erneut die Bewegung des Fluides durch die Nut aufgenommen, insbesondere so lange bis die Temperatur des Kühlkörpers erneut unterhalb die ersten Grenzwert gefallen ist. Zweckmäßigerweise ist der erste Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert, und der erste Grenzwert ist beispielsweise zwischen 30° und 50°, und der zweite Grenzwert ist beispielsweise zwischen 40°/50° und 70°.
Beispielsweise ist der Deckel U-förmig oder O-förmig ausgestaltet. Infolgedessen ist es ermöglicht, den Deckel im Randbereich über eine vergleichsweise große Strecke an dem Grundkörper zu befestigen. Hierfür wird insbesondere die Schweißnaht herangezogen, die geeigneterweise umlaufend ausgestaltet ist. Bei einer O-förmigen Ausgestaltung des Deckels ist zweckmäßigerweise die Begrenzung der inneren Aussparung ebenfalls an dem Grundkörper befestigt, vorzugsweise mittels einer Schweißnaht. Somit wird eine Beabstandung des Deckels von dem Grundkörper, ein sogenanntes Ausbeulen, vermieden oder zumindest begrenzt, welches anderweitig aufgrund eines erhöhten Druckes des in der Nut bewegten Fluides auftreten könnte. Infolgedessen wird das Fluid größtenteils durch die Nut geleitet, und ein Leckfluss zwischen den beiden Enden ist unterbunden oder verringert, was eine Kühlleistung erhöht. Zweckmäßigerweise ist der Deckel umfangsseitig vollständig an dem Grundkörper befestigt, vorzugsweise mittels einer umlaufenden Schweißnaht. Infolgedessen ist ein Austritt der Leckage zwischen dem Deckel und dem Grundkörper vermieden, weswegen ein Einsatzbereich des Kühlkörpers vergrößert ist, da ein elektrischer Kurzschluss aufgrund eines aus dem Kühlkörper austretenden Fluides verhindert ist.
Alternativ oder in Kombination hierzu ist der Deckel mehrteilig, wobei unterschiedliche Abschnitte der Nut zweckmäßigerweise mittels unterschiedlichen Teilen des Deckels abgedeckt sind. Hierbei stoßen die einzelnen Teile des Deckels zweckmäßigerweise aneinander und sind insbesondere fluiddicht aneinander befestigt. Aufgrund der Mehrteiligkeit des Deckels ist eine vergleichsweise großflächige Befestigung des Deckels oder eine Befestigung über eine vergleichsweise große Länge an dem Grundkörper ermöglicht, weswegen eine Beabstandung des Deckels von dem Grundkörper verhindert oder zumindest verringert ist.
Die Erfindung betrifft ferner einen Umrichter mit einem derartigen Kühlkörper, wobei der Kühlkörper zweckmäßigerweise an einem Leistungsmodul des Umrichters angebunden ist. Zudem betrifft die Erfindung einen Verbund aus einem Kühlkörper und einem Leistungsmodul, wobei der Kühlkörper thermisch mit dem Leistungsmodul kontaktiert ist und vorzugsweise mechanisch direkt an dem Leistungsmodul anliegt. Das Leistungsmodul umfasst insbesondere eine Anzahl an Halbleitern, insbesondere Halbleiterschalter, die beispielsweise als Leistungshalbleiter ausgestaltet sind. Zudem betrifft die Erfindung einen zweiten Verbund mit dem Kühlkörper und einen Halbleiter, der insbesondere ein Leistungshalbleiter, wie ein Leistungshalbleiterschalter ist. Hierbei ist der Kühlkörper thermisch mit dem Halbleiter kontaktiert und liegt geeigneterweise mechanisch direkt an dem Halbleiter an.
Ein Kühlkörper mit einem aus einem Edelstahl erstellten Grundkörper, in den eine Nut mit einem ersten Ende und mit einem zweiten Ende eingebracht ist, und mit einem aus einem Edelstahl erstellten Deckel, der an dem Grundkörper befestigt und mittels dessen die Nut abgedeckt ist, wird zur Kühlung eines Leistungsmoduls und/oder eines Leistungshalbleiters eines Umrichters verwendet, wofür durch die Nut ein Fluid geleitet wird. Mit anderen Worten erfolgt die Kühlung mittels des durch die Nut geleiteten Fluides. Hierbei strömt bei Betrieb das Fluid durch die Nut, wobei das Fluide zweckmäßigerweise durch eine Öffnung des Deckels eingeleitet und durch eine weitere Öffnung des Deckels aus der Nut ausgeleitet wird. Das Fluid ist beispielsweise Wasser oder ein Öl. Geeigneterweise ist das Fluid ein Bestandteil eines Kühlkreislaufs, der beispielsweise geschlossen oder besonders bevorzugt offen ausgestaltet ist. Mit anderen Worten erfolgt ein ständiger Austausch des durch die Nut geleiteten Fluides. Aufgrund des Edelstahls ist hierbei eine Korrosion im Wesentlichen ausgeschlossen. Zweckmäßigerweise ist der Kühlkörper aus einem rostfreien Edelstahl erstellt.
Das Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers sieht vor, dass in einem ersten Arbeitsschritt in einen Grundkörper aus einem Edelstahl eine Nut mit einem ersten Ende und mit einem zweiten Ende eingebracht wird. Die Nut ist hierbei ein nach oben offener Kanal und wird zweckmäßigerweise in eine Oberfläche des Grundkörpers eingebracht. Beispielsweise erfolgt die Einbringung während der Erstellung des Grundkörpers, zum Beispiel während eines Gusses des Grundkörpers. Insbesondere wird die Nut in den Grundkörper mittels Kaltverformung eingebracht, beispielsweise mittels Schmieden. Besonders bevorzugt jedoch wird die Nut mittels Fräsen in den Grundkörper eingebracht.
In einem weiteren Arbeitsschritt wird die Nut mittels eines Deckels aus einem Edelstahl abgedeckt. Hierbei ist der Deckel beispielsweise mehrteilig oder einteilig ausgestaltet, und die Nut wird geeigneterweise vollflächig mittels des Deckels überdeckt, wobei insbesondere die Begrenzung des Deckels von der Nut beabstandet ist. Beispielsweise weist der Deckel zwei Öffnungen auf, die im Bereich der beiden Enden der Nut angeordnet werden. In einem weiteren Arbeitsschritt wird der Deckel an dem Grundkörper befestigt. Insbesondere wird der Deckel mit dem Grundkörper verschweißt, beispielsweise punktverschweißt. Vorzugsweise wird zum Verschweißen eine Schweißnaht herangezogen, sodass der Deckel an dem Grundkörper mittels einer Schweißnaht-Verbindung befestigt ist. Zweckmäßigerweise ist die Schweißnaht umfangsseitig um den Deckel bzw. den Grundkörper umlaufend ausgestaltet, was einen Austritt von einem in die Nut eingeleiteten Fluid verhindert.
Die im Zusammenhang mit dem Kühlkörper, dem Umrichter, dem Verfahren zum Betrieb und/oder der Verwendung des Kühlkörpers genannten Weiterbildungen und Vorteile sind sinngemäß auch auf das Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers zu übertragen und umgekehrt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 einen Umrichter mit Leistungsmodulen und Kühlkörpern,
2 perspektivisch einen der Kühlköper und eines der Leistungsmodule,
3 - 5 in einer Draufsicht jeweils Varianten des Kühlköpers,
6, 7 in einer Schnittdarstellung weitere Varianten des Kühlkörpers,
8 ein Verfahren zur Herstellung des Kühlkörpers, und
9 - 11 jeweils Varianten des Kühlköpers.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Umrichter 2 in Form eines Wechselrichters dargestellt. Der Umrichter 2 ist an ein zweipoliges Versorgernetzwerk 4 angeschlossen, welches eine elektrische Spannung von 560 Volt oder 640 Volt bereitstellt. Mittels des Umrichters 2 wird die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umgewandelt, welche in ein Betriebsnetzwerk 6 eingespeist wird. Zur Umwandlung weist der Umrichter 2 drei Leistungsmodule 8 auf, die sowohl mit dem Versorgernetzwerk 4 als auch mit dem Betriebsnetzwerk 6 elektrisch kontaktiert sind. Die Leistungsmodule 8 sind zueinander baugleich und weisen jeweils ein Gehäuse 10 auf, innerhalb dessen zwei Leistungshalbleiterschalter 12 in Form von MOSFET's sowie Leistungsdioden 14 angeordnet sind. Die Halbleiterschalter 12 sind zu einer Brückenschaltung miteinander verschaltet, nämlich zu einer B6-Schaltung, wobei mittels der Leistungsdioden 14 beispielsweise jeweils einer der Leistungshalbleiterschalter 12 überbrückt ist. Die Leistungshalbleiterschalter 12 sowie die Leistungsdioden 14 sind thermisch mit dem Gehäuse 10 des jeweiligen Leistungsmoduls 8 kontaktiert. An dem Gehäuse 10 jedes Leistungsmoduls 8 liegt außenseitig mechanisch direkt ein Kühlkörper 16 an, sodass mittels des Kühlkörpers 16 bei Betrieb das Leistungsmodul 8 sowie die Leistungshalbleiterschalter 12 des jeweiligen Leistungsmoduls 8 gekühlt werden.
In 2 ist der Verbund aus einem der Kühlkörper 16 sowie dem zugeordneten Leistungsmodul 8 dargestellt. Der Kühlkörper 16 weist einen plattenförmigen Grundkörper 18 auf, der aus einem Edelstahl erstellt ist. Der Edelstahl ist rostfrei und V2A. An einer Oberfläche 20, die parallel zur Ausdehnungsebene des quaderförmigen Grundkörpers 18 ist, ist ein einteiliger U-förmiger Deckel 22 mittels einer umfangsseitig umlaufenden Schweißnaht 24 befestigt. Der Deckel 22 ist ebenfalls aus einem rostfreien Edelstahl und ebenfalls aus V2A erstellt. Der Deckel 22 ist von dem umlaufenden Rand 26 des Grundkörpers 18 beabstandet, weswegen der Kühlkörper 16 stufenförmig ausgestaltet ist. Auch ist die Dicke des plattenförmigen Deckels 22, dessen Ausdehnungsebene parallel zu der Ausdehnungsebene des Grundkörpers 18 ist, gleich oder kleiner als die Dicke des Grundkörpers 18 in der gleichen Richtung. Die Dicke beträgt hierbei 6 mm und verläuft jeweils senkrecht zur Ausdehnungsebene. Der Deckel 22 weist im Bereich der Freienden der zueinander parallelen Schenkel der U-Form jeweils eine Öffnung 28 in Form eines Auslasses 30 auf, der ebenfalls aus Edelstahl gefertigt ist. Der Auslass 30 ist hierbei ein Rohrbogen bzw. Rohrwinkel, welcher dem Anschluss einer nicht näher dargestellten Fluidleitung dient.
Die dem Deckel 22 abgewandte Oberfläche 32 des Grundkörpers 18, die parallel zur Oberfläche 20 des Grundkörperse 18 ist, ist vollflächig mit einer Wärmeleitpaste 34 versehen, und der Grundkörper 18 liegt über die Wärmeleitpaste 34 an einem Aluminiumkörper 36 an, der plattenförmig ausgestaltet und bündig mit dem Rand 26 des Grundkörpers 18 ist. Die Dicke des Aluminiumkörpers 36 ist 1 cm. An dem Aluminiumkörper 36 liegt über eine nicht näher dargestellte Wärmeleitpaste das Leistungsmodul 8 an, sodass das Leistungsmodul 8 mit dem Aluminiumkörper 36 des Kühlkörpers 16 thermisch kontaktiert ist.
In 3 ist der Kühlkörper 16 in einer Draufsicht dargestellt, wobei der Deckel 22 strichliert gezeigt ist. Eine der Öffnungen 28 mündet in einem ersten Ende 38 und die weitere Öffnung 28 in einem zweiten Ende 40 einer Nut 42, die sich zwischen den beiden Enden 38,40 erstreckt. Die Nut 42 ist in den Grundkörper 18 eingebracht und vom Rand 26 des Grundkörpers 18 beabstandet. Zudem ist die Nut 42 vollständig mittels des Deckels 22 abgedeckt und verläuft mäanderförmig unter diesem. Hierbei ist der Verlauf der Nut 42 auf die Anordnung der Leistungshalbleiterschalter 12 sowie der Leistungsdiode 14 angepasst. Somit verläuft die Nut 42 im Bereich dieser und ist zweckmäßigerweise im Wesentlichen oberhalb der Leistungshalbleiterschalter 12 sowie der Leistungsdiode 14 entlang geführt ist. Zusammenfassend weist der Deckel 22 im Bereich der beiden Enden 38,40 die Öffnungen 28 auf, und die Nut 42 ist mittels des Deckels 22 abgedeckt, der an dem Grundkörper 18 befestigt ist. Die Nut 42 weist ferner zwei Abschnitte mit jeweils zueinander parallel geschalteten Kanälen 44 auf, die Z- bzw. stufenförmig mit weiteren Bestandteilen der Nut 42 verbunden sind. Die Kanäle 44 dienen der Aufteilung eines durch die Nut 42 geleiteten Fluides, weswegen eine Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich verringert ist. Infolgedessen ist eine Wärmeaufnahme durch das Fluid erhöht.
Bei Betrieb wird durch einen der Auslässe 30 das Fluid, insbesondere Wasser, aus einem offenen Kühlkreislauf zu dem ersten Ende 38 der Nut 42 gepumpt. Das Fluid fließt durch die Nut 42 sowie durch die zueinander parallel geschalteten Kanäle 44 und wird über den dem zweiten Ende 40 zugeordneten Auslass 30 aus der Nut 42 befördert. Infolgedessen wird eine von dem Leistungsmodul 8 an den Aluminiumkörper 36 und von diesem an den Grundkörper 18 abgegebene Wärme von dem Fluid aufgenommen und somit abtransportiert, was zu einer Kühlung des Leistungshalbleiters 8 führt. Hierbei wird das Fluid lediglich stoßweise durch die Nut 42 bewegt, und der Aluminiumkörper 36 dient als Aufnahme der Wärme, sofern das in der Nut 42 angeordnete Fluid nicht bewegt wird. Infolgedessen kann ein vergleichsweise kaltes Fluid zur Kühlung herangezogen werden, wobei aufgrund des stoßweisen Betriebs eine vergleichsweise starke Abkühlung des Kühlkörpers 16 bzw. des Leistungsmoduls 18 unterbunden ist, welches anderweitig zu einer Kondenswasserbildung führen könnte. Aufgrund der parallel geschalteten Kanäle 44 wird ein vergleichsweise großer Bereich abgekühlt, wobei die Temperatur im Bereich der einzelnen Kanäle 44 im Wesentlichen konstant und ein Wärmegradient vergleichsweise gering ist. Aufgrund der Schweißnaht 24 wird ein Austritt des Fluides zwischen dem Deckel 22 und dem Grundkörper 18 vermieden, falls der Deckel 22 gering von dem Grundkörper 18 beabstandet wird.
In 4 ist eine Abwandlung des Kühlkörpers 16 dargestellt. Hierbei ist der Deckel 22 abgewandelt, und der Grundkörper 18 im Wesentlichen unverändert belassen. Auch ist beispielsweise der Aluminiumkörper 36 und/oder die Wärmeleitpaste 34 weggelassen. Der Deckel 22 zumindest ist mehrteilig ausgestaltet und weist einen ersten Teil 46 mit einer der Öffnungen 28, einen zweiten Teil 48 mit der weiteren Öffnung 28 sowie einen dritten Teil 50 auf. Die drei Teile 46,48,50 sind jeweils rechteckförmig ausgestaltet, weswegen ein Verschnitt verringert ist. Zudem ist eine Befestigung des Deckels 22 im Bereich der Stoßkanten zwischen dem ersten Teil 46 und dem dritten Teil 50 sowie zwischen dem zweiten Teil 48 und dem dritten Teil 50 an dem Grundkörper 18 möglich, sodass eine Auswölbung des Deckels in diesem Bereich aufgrund eines Überdrucks des durch die Nut 42 bewegten Fluides vermieden ist.
In 5 ist eine weitere Abänderung des Kühlkörpers 16 dargestellt, bei dem wiederum lediglich der Deckel 22 abgewandelt ist. Der Deckel 22 ist vom Rand 26 des Grundkörpers 18 beabstandet und im Wesentlichen O-förmig und einteilig ausgestaltet. Mit anderen Worten weist der Deckel 22 eine zentrale Aussparung 52 auf, die von der Nut 42 beabstandet ist. Auch ist die Begrenzung der Aussparung mit der Schweißnaht 24 versehen, sodass auch hier eine Auswölbung des Deckels 22 bezüglich des Grundkörpers 18 bei einem erhöhten Druck des durch die Öffnungen 28 eingeleiteten Fluides vermieden ist. Zudem wird aufgrund der Schweißnähte 24, wie bereits bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, ein Austritt des Fluides zwischen dem Deckel 22 und dem Grundkörper 18 vermieden, auch falls der Deckel 22 aufgrund eines erhöhten Drucks des Fluides 42 teilweise von dem Grundkörper 18 beabstandet wird.
In 6 ist der Verbund aus dem Kühlkörper 16 sowie Leistungsmodul 8 in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Ausdehnungsebene des plattenförmigen Grundkörpers 18 dargestellt. Insbesondere ist dies ein Querschnitt des in 2 dargestellten Kühlkörpers 16, bei dem der Aluminiumkörper 36 sowie die Wärmeleitpaste 34 weggelassen sind. Der Deckel 22 ist wiederum U- oder O-förmig ausgestaltet und weist somit die zwei zueinander parallelen, gezeigten Schenkel auf. Jeder Schenkel ist im Randbereich mittels der Schweißnaht 24 an dem Grundkörper 18 befestigt und deckt die Nut 42 ab, die einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Aufgrund des rechteckförmigen Querschnitts tritt eine Verwirbelung des durch die Nut 42 bewegten Fluides ein, was die Wärmeaufnahme durch das Fluid verbessert. Zudem ist jeweils ein Abschnitt der Nut 42 einem der Halbleiterschalter 12 zugeordnet. Die Halbleiterschalter 12 überdecken hierbei die Nut 42 bei einer Projektion senkrecht zur Ausdehnungsebene des plattenförmigen Kühlkörpers 18. Infolgedessen ist ein Wärmeabtransport von den Leistungshalbleiterschaltern 12 verbessert. Zudem ist die Tiefe 54 der Nut, also deren Ausdehnung von der dem Deckel 22 zugewandten Oberfläche 20 in den Kühlkörper 18 hinein, größer als die Hälfte der Dicke des Grundkörpers 18, der eine beispielsweise abgewandelte Dicke von 8 mm aufweist. Hierbei ist die Tiefe 54 der Nut 42 gleich 6 mm, sodass die Nut 42 maximal 2 mm von dem Leistungsmodul 8 beabstandet ist, was die Wärmeaufnahme weiter verbessert.
In 7 ist eine weitere Abwandlung des Kühlkörpers 16 gezeigt, wobei der Grundkörper 18 im Wesentlichen unverändert belassen ist. Der Deckel 22 ist hierbei beispielsweise quaderförmig ausgestaltet und weist somit nicht die Aussparung 52 auf. Der Deckel 22 ist mittels der Schweißnaht 24 oder mittels Punktschweißens an dem Grundkörper 18 befestigt, wobei das Material des Deckels 22 wiederum gleich dem Material des aus V2A gefertigten Grundkörpers 18 ist. Im Bereich eines Abschnitts der Nut 42 ist einer der Halbleiterschalter 12 an dem Grundkörper 18 auf der dem Deckel 22 gegenüberliegenden Oberfläche 32 thermisch angebunden und beispielsweise mechanisch an dem Grundkörper 18 befestigt. Im Bereich eines weiteren Abschnitts der Nut 42 ist ein weiterer der Halbleiterschalter 12 an dem Deckel 22 mechanisch befestigt und thermisch an diesem angebunden. Infolgedessen wird über den Deckel 22 die von dem Halbleiterschalter 12 abgegebene Wärme an das sich in der Nut 42 befindende Fluid abgegeben.
In 8 ist ein Verfahren 56 zur Herstellung des Kühlkörpers 16 dargestellt. In einem ersten Arbeitsschritt 58 wird in den aus Edelstahl erstellten Grundkörper 18 die Nut 42 mit dem ersten Ende 38 und dem zweiten Ende 40 eingebracht. Hierbei ist der Querschnitt der Nut 42 rechteckförmig, und es werden die die Nut 42 bildenden Kanäle 44 in den Grundkörper 18 eingebracht und miteinander fluidtechnisch verbunden. Der Verlauf der Nut 42 wird auf die Anordnung der Leistungshalbleiterschalter 12 sowie der Leistungsdioden 14 innerhalb des Leistungsmoduls 8 angepasst, sodass jeder der Leistungshalbleiterschalter 12 sowie die Leistungsdioden 14 jeweils den maximalen Abstand von 5 mm zu der Nut 42 aufweisen. Die Nut 42 selbst wird mittels Fräsen in den Grundkörper 18 eingebracht, der in einem vorherigen Arbeitsschritt bereitgestellt wurde. Mit Ausnahme der Anordnung der Leistungshalbleiterschalter 12 sowie der Leistungsdioden 14 unterliegt die Nut 42 im Wesentlichen keinen weiteren Einschränkungen.
In einem sich hieran anschließenden zweiten Arbeitsschritt 60 wird der Deckel 22 auf die Oberfläche 20 des Grundkörpers 18 gelegt und somit die Nut 42 mittels des Deckels 22 aus dem Edelstahl abgedeckt. Hierbei wird der Deckel 22 derart positioniert, dass die Nut 42 mit Ausnahme der etwaigen Öffnungen 28 vollständig bedeckt ist. Der Deckel 22 wurde in einem vorhergehenden Arbeitsschritt bereitgestellt und ist beispielsweise aus dem gleichen Halbstück wie der Grundkörper 18 erstellt. In einem sich anschließenden dritten Arbeitsschritt 62 wird der Deckel 22 an dem Grundkörper 18 mittels Schweißen befestigt. Hierbei wird vorzugsweise die umfangsseitig um den Deckel 22 umlaufende Schweißnaht 24 erstellt.
9 zeigt eine Abwandlung des in 2 dargestellten Kühlkörpers 16. Die Nut 42 ist bis zum Rand 26 des Grundkörpers 18 verlängert, sodass das erste Ende 38 die Öffnung 28 bildet. Der Deckel 22 ist entsprechend verlängert, weswegen die Nut 42 weiterhin abgedeckt ist. Das zweite Ende 40 ist weiterhin von dem Rand 26 des Grundkörpers 18 beabstandet, und in den Grundkörper 18 ist eine zwischen dem Rand 26 und dem zweiten Ende 40 verlaufende Bohrung 64 eingebracht. Mit anderen Worten mündet die Bohrung 64 in das zweite Ende 40 der Nut 42, und der Einlass der Bohrung 84 bildet die Öffnung 28. Der Deckel 22 ist durchgehend ausgestaltet und weist keine Öffnung auf. In weiteren nicht dargestellten Alternativen ist die Nut 42 auch im Bereich des zweiten Endes 40 bis zum Rand 26 verlängert, welches somit die andere Öffnung 28 bildet. In einer weiteren Alternative sind beide Enden 38, 40 von dem Rand 26 beabstandet, und der Grundkörper 18 weist zwei Bohrungen 64 auf, von denen jeweils eine in einem der Enden 38, 40 mündet.
10 und 11 zeigen gemäß der Darstellung der 3 - 5 weitere Alternativen des Kühlkörpers 16. Der Deckel 22 ist quaderförmig ausgestaltet, und die Nut 42 verläuft im Wesentlichen geradlinig zwischen den beiden Enden 38, 40. Hierbei ist ein Abschnitt mit vier zueinander parallel geschalteten Kanälen 44 vorhanden.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Umrichter
4: Versorgernetzwerk
6: Betriebsnetzwerk
8: Leistungsmodul
10: Gehäuse
12: Leistungshalbleiterschalter
14: Leistungsdiode
16: Kühlkörper
18: Grundkörper
20: Oberfläche
22: Deckel
24: Schweißnaht
26: Rand
28: Öffnung
30: Auslass
32: abgewandte Oberfläche
34: Wärmeleitpaste
36: Aluminiumkörper
38: erstes Ende
40: zweites Ende
42: Nut
44: Kanal
46: erster Teil
48: zweiter Teil
50: dritter Teil
52: Aussparung
54: Tiefe
56: Verfahren
58: erster Arbeitsschritt
60: zweiter Arbeitsschritt
62: dritter Arbeitsschritt
64: Bohrung

Claims

Kühlkörper (16) eines Umrichters (2), insbesondere eines Leistungsmoduls (8), mit einem aus einem Edelstahl erstellten Grundkörper (18), in den eine Nut (42) mit einem ersten Ende (38) und mit einem zweiten Ende (40) eingebracht ist, und mit einem aus einem Edelstahl erstellten Deckel (22), der an dem Grundkörper (18) befestigt ist, und mittels dessen die Nut (42) abgedeckt ist.
Kühlkörper (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (22) im Bereich der beiden Enden (38, 40) jeweils eine Öffnung (28), insbesondere einen Auslass (30), aufweist.
Kühlkörper (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (42) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist.
Kühlkörper (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (16) plattenförmig ist, wobei die Dicke zwischen 5mm und 1cm, insbesondere zwischen 6mm und 8mm, ist, und/oder wobei die Tiefe (54) der Nut (42) größer als die Hälfte der Dicke des Grundkörpers (18) ist.
Kühlkörper (16) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (22) von einem Rand (26) des Grundkörpers (18) beabstandet ist.
Kühlkörper (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (42) eine Anzahl zueinander parallel geschalteter Kanäle (44) aufweist.
Kühlkörper (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Deckel (22) abgewandte Oberfläche (32) des Grundkörpers (18) mit einer Wärmeleitpaste (34) versehen und/oder an einem Aluminiumkörper (36) angebunden ist.
Kühlkörper (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (22) u-förmig ausgestaltet ist, und/oder dass der Deckel (22) mehrteilig ist.
Verwendung eines Kühlkörpers (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Kühlung eines Leistungsmoduls (8) und/oder eines Leistungshalbleiters (12) eines Umrichters (2) mittels eines durch die Nut (42) geleiteten Fluides.
Verfahren (56) zur Herstellung eines Kühlkörpers (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem - in einen Grundkörper (18) aus einem Edelstahl eine Nut (42) mit einem ersten Ende (38) und mit einem zweiten Ende (40) eingebracht wird, insbesondere gefräst, - die Nut (42) mittels eines Deckel (22) aus einem Edelstahl abgedeckt wird, - der Deckel (22) an dem Grundkörper (18) befestigt wird, insbesondere geschweißt.