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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von Elektronikbauteilen, eine Kühlkörpervorrichtung, ein Elektronikmodul, ein Wechselrichter und ein Kraftfahrzeugantriebsstrang.
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Es sind stapelbare Elektronikmodule bekannt, die jeweils an eine externe Kühlplatte angeordnet werden. Es sind auch übereinander anordbare Elektronikmodule bekannt, die zusammen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Aus solchen Modulen kann ein Wechselrichter aufgebaut werden, der beispielsweise zur elektrischen Bestromung einer E-Maschine eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist.
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Aus der
EP 2 019 429 A1 ist ein Modul für eine Leistungselektronik bekannt, das eine Entwärmung über zwei gegenüberliegende Kühlflächen des Moduls ermöglicht. Das Modul an sich ist nicht stapelbar ausgeführt.
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In der nicht-vorveröffentlichten
DE 10 2016 223 889.2 der Anmelderin wird ein stapelbares Elektronikmodul vorgeschlagen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Demnach werden vorgeschlagen: eine Vorrichtung zur Kühlung von Elektronikbauteilen, eine Kühlkörpervorrichtung, ein Elektronikmodul, ein Wechselrichter und ein Kraftfahrzeugantriebsstrang.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Kühlung von Elektronikbauteilen weist eine erste Seite mit einer ersten Kühlfläche und eine zweite Seite mit einer zweiten Kühlfläche auf. Beide Kühlflächen dienen zur Abgabe von Wärme eines oder mehrerer Elektronikbauteile an ein Kühlmedium. Insbesondere bildet eine der beiden Seiten eine Oberseite eines ersten Kühlkörpermoduls für ein erstes Elektronikbauteil und die andere der beiden Seiten bildet eine Unterseite eines zweiten Kühlkörpermoduls für ein zweites Elektronikbauteil.
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Die beiden Kühlflächen verfügen jeweils über eine Kühlstruktur mit einer Mehrzahl an Vorsprüngen. Dadurch vergrößert sich die Fläche zum Abführen von Wärme. Unter einer Mehrzahl werden insbesondere mehr als zwei und insbesondere mehr als zehn und insbesondere mehr als hundert Vorsprünge verstanden.
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Unter einem Vorsprung wird insbesondere eine Materialerhöhung ausgehend von einer Grundebene der jeweiligen Kühlfläche verstanden. Ein solcher Vorsprung kann insbesondere ein Pin (Stift) oder eine Rippe oder eine Wabe sein. Ein solcher Vorsprung steht in Richtung der jeweiligen Seite der Vorrichtung von der Kühlfläche ab. Insbesondere steht ein solcher Vorsprung senkrecht von der Grundebene der jeweiligen Kühlfläche ab. Ein solcher Vorsprung kann aus Vollmaterial gebildet werden.
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Beispielsweise können die Kühlflächen mit den Vorsprüngen durch einen Pressprozess, wie einen Kaltpressprozess, gebildet werden. Alternativ dazu kann ein solcher Vorsprung oder mehrere solcher Vorsprünge durch ein an einen Grundkörper des Kühlkörpermoduls angeordnetes Kühlflächenteil gebildet werden. Ein solcher Vorsprung ist insbesondere deutlich größer im Vergleich zu einer herstellungsbedingten Oberflächenrauheit der jeweiligen Kühlfläche.
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Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung sind die beiden Seiten der Vorrichtung gegenüberliegend angeordnet, sodass einige oder alle der Vorsprünge der beiden Kühlflächen mit einem Abstand zueinander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Stirnseiten dieser Vorsprünge stehen sich somit gegenüber, also weisen aufeinander.
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Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung ist außerdem innerhalb des Abstands zwischen den gegenüberliegenden Vorsprüngen ein Strömungsführungsmittel für das Kühlmedium angeordnet.
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Mit dem Strömungsführungsmittel kann eine Strömung des Kühlmediums bedarfsweise gelenkt werden, beispielsweise hin zu einer der Kühlflächen hin oder hinweg von einer der Kühlflächen. Insbesondere ist durch das Strömungsführungsmittel ein Bypass für das Kühlmedium in dem Abstand zwischen Vorsprüngen der gegenüberliegenden Kühlflächen geschlossen. Außerdem können mit dem Strömungsführungsmittel vorteilhafte Turbulenzen in die Strömung des Kühlmediums eingebracht werden, wodurch dessen Wärmeaufnahme verbessert wird.
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Bevorzugt ist das Strömungsführungsmittel durch ein Einlegeteil gebildet, das zwischen die Vorsprünge der beiden Kühlflächen eingelegt ist. Vor dem Zusammenfügen der beiden Seiten der Vorrichtung wird also zunächst das Strömungsführungsmittel auf die Vorsprünge einer der beiden Kühlflächen aufgelegt und erforderlichenfalls dort befestigt. Anschließend werden die beiden Seiten der Vorrichtung gegenüberliegend zusammengefügt, sodass das Strömungsführungsmittel zwischen den jeweiligen Vorsprüngen angeordnet ist. Hierbei kann es insbesondere zwischen gegenüberliegenden Stirnseiten der Vorsprünge eingeklemmt sein.
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Bevorzugt ist das Strömungsführungsmittel aus einem relativ flexiblen Material gebildet, sodass die Vorsprünge der beiden Kühlflächen beim Zusammenfügen der beiden Seiten der Vorrichtung in das Material eintauchen können. Dadurch ist sichergestellt, dass ein Bypass zwischen den Vorsprüngen durch das Strömungsführungsmittel geschlossen ist.
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Bei dem Strömungsführungsmittel kann es sich insbesondere um ein Kunststoffteil handeln, beispielsweise aus Silikongummi. Bei dem Strömungsführungsmittel kann es sich jedoch auch um ein Blechteil handeln. Bei dem Strömungsführungsmittel kann es sich insbesondere um ein Schaumstoffteil handeln. Bei dem Strömungsführungsmittel kann es sich insbesondere um ein gut wärmeleitendes Kunststoffteil handeln, wie beispielsweise ein sogenanntes Wärmeleitpad.
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Insbesondere kann das Strömungsführungsmittel über einen oder mehrere so genannte Turbulatoren verfügen. Hierbei handelt es sich um jeweils eine Ausformung des Strömungsführungsmittels, beispielsweise eine Aus- oder Einbuchtung, zur gezielten Erzeugung von Turbulenzen in der Strömung des Kühlmediums. Dadurch wird die Wärmeabfuhr durch das Kühlmedium verbessert.
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Bevorzugt sind bei der Vorrichtung ein erstes Gehäuse und ein zweites Gehäuse vorgesehen. Das erste Gehäuse erstreckt sich in Richtung der ersten Seite und überragt in dieser Richtung die Vorsprünge der ersten Kühlfläche. Das zweite Gehäuse erstreckt sich in Richtung der zweiten Seite und überragt in dieser Richtung die Vorsprünge der zweiten Kühlfläche. Die beiden Gehäuse stehen also gegenüber den jeweiligen Vorsprüngen hervor. Die beiden Gehäuse sind aneinander angeordnet. Dadurch liegen sich die beiden Kühlflächen mit ihren Vorsprüngen gegenüber.
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Das erste Gehäuse umgibt hierbei insbesondere seitlich die erste Kühlfläche. Das zweite Gehäuse umgibt insbesondere seitlich die zweite Kühlfläche. Somit definieren die beiden Gehäuse mit den Kühlflächen einen Durchgang und eine Kühlstrecke für das Kühlmedium. Zumindest bereichsweise können die Gehäuse unmittelbar an die jeweilige Kühlfläche angrenzen. Am Übergang von Gehäuse auf Kühlfläche kann einer Störkontur an dem Gehäuse ausgebildet sein, um einen seitlichen Bypass für Kühlmedium zu schließen.
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Die Kühlstrukturen der beiden gegenüberliegenden Kühlflächen können identisch oder zumindest bereichsweise komplementär zueinander ausgebildet sein.
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Bei einer identischen Ausführung der beiden der gegenüberliegenden Kühlflächen liegen sich die Stirnseiten der jeweiligen Vorsprünge genau gegenüber. Ebenso liegen dann Zwischenräume oder Vertiefungen zwischen den Vorsprüngen der beiden Kühlflächen genau einander gegenüber.
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Eine bereichsweise komplementäre Ausbildung der gegenüberliegenden Kühlflächen bedeutet demgegenüber, dass zumindest
- • ein Bereich der ersten Kühlfläche oder die komplette erste Kühlfläche komplementär zu
- • einem gegenüberliegenden Bereich der zweiten Kühlfläche oder der kompletten zweiten Kühlfläche
ausgebildet ist.
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Bereichsweise ist also so zu verstehen, dass die beiden Kühlflächen jeweils zumindest einen Bereich aufweisen, wobei diese Bereiche der Kühlflächen dann entsprechend komplementär zueinander ausgeführt sind. Die komplementäre Ausbildung der Kühlstrukturen gilt insbesondere hinsichtlich der Vorsprünge der beiden Kühlflächen. Die Vorsprünge sind also komplementär zueinander ausgebildet.
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Die Stirnseiten der gegenüberliegenden Vorsprünge weisen durch diese komplementäre Ausführung entweder seitlich aneinander vorbei. Oder die Vorsprünge sind in ihrer Höhe so bemessen, dass ihre Stirnseiten nicht aneinander anliegen können und dass sich kein durchgängiger Bypass über die komplette Länge der jeweiligen Kühlfläche für ein Kühlmedium ergibt.
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Das bedeutet also insbesondere, dass Vorsprünge der ersten Kühlfläche seitlich oder in ihrer Höhe versetzt zu gegenüberliegenden Vorsprüngen der zweiten Kühlfläche angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich sind zumindest in einem Bereich der ersten Kühlflächen Vorsprünge einer der beiden Kühlflächen des Kühlkörpermoduls in ihrer Höhe unterschiedlich zu gegenüberliegenden Vorsprüngen der zweiten Kühlfläche. Dies kann auf alle oder nur auf einige der Vorsprünge der beiden Kühlflächen zutreffen.
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Die hier ebenfalls vorgeschlagene Kühlkörpervorrichtung weist ein erstes Kühlkörpermodul und ein zweites Kühlkörpermodul sowie die vorgeschlagene Vorrichtung auf. Die beiden Kühlkörpermodule sind insbesondere aufeinander gestapelt, um die Vorrichtung zu bilden.
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Das erste Kühlkörpermodul weist dabei
- • die erste Kühlfläche der Vorrichtung auf einer ersten Seite des ersten Kühlkörpermoduls auf, und
- • eine zweite Kühlfläche auf einer zur ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des ersten Kühlkörpermoduls auf, und
- • eine Stelle zum Anordnen zumindest eines Elektronikbauteils zwischen den beiden Kühlflächen des ersten Kühlkörpermoduls auf, sodass das Elektronikbauteil Wärme an diese beiden Kühlfläche abgeben kann
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Die beiden Kühlflächen des ersten Kühlkörpermoduls weisen jeweils eine Kühlstruktur mit einer Mehrzahl an Vorsprüngen auf.
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Das zweite Kühlkörpermodul weist dabei
- • eine erste Kühlfläche auf einer ersten Seite des zweiten Kühlkörpermoduls auf, und
- • die zweite Kühlfläche der Vorrichtung auf einer zur ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des zweiten Kühlkörpermoduls auf, und
- • eine Stelle zum Anordnen zumindest eines (anderen) Elektronikbauteils zwischen den beiden Kühlflächen des zweiten Kühlkörpermoduls auf, sodass das (andere) Elektronikbauteil Wärme an diese beiden Kühlflächen abgeben kann.
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Auch die beiden Kühlflächen des zweiten Kühlkörpermoduls weisen jeweils eine Kühlstruktur mit einer Mehrzahl an Vorsprüngen auf.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung ist hierin nun dadurch realisiert, dass die erste Seite des ersten Kühlkörpermoduls auf die zweite Seite des zweiten Kühlkörpermoduls angeordnet ist. Dies erfolgt derart, dass (einige oder alle der) Vorsprünge der ersten Kühlfläche des ersten Kühlkörpermoduls um den besagten Abstand von (einigen oder allen der) Vorsprünge der zweiten Kühlfläche des zweiten Kühlkörpermoduls beabstandet sind. Innerhalb dieses Abstandes ist nun das besagte Strömungsführungsmittel angeordnet.
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Die Vorrichtung zur Kühlung wird also von den zwei aneinander angeordneten Kühlkörpermodulen erzeugt, zwischen denen das besagte Strömungsführungsmittel angeordnet ist.
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Bevorzugt sind die beiden Kühlkörpermodule jeweils dazu ausgebildet, mit zumindest einem weiteren Modul, wie insbesondere einem Gehäusemodul oder einem gleichartigen oder identischen Kühlkörpermodul, durch Anordnung dieses weiteren Moduls auf die erste Seite oder die zweite Seite des Kühlkörpermoduls gestapelt zu werden. Insbesondere bedeutet dies, dass beide Kühlkörpermodule gleichermaßen dazu ausgeführt sind, mit einem weiteren Modul wahlweise auf die erste oder die zweite Seite gestapelt zu werden. Somit kann das weitere Modul also bedarfsweise sowohl an die erste Seite, als auch an die zweite Seite angeordnet werden. Beide Seiten des Kühlkörpermoduls sind also gleichermaßen dazu geeignet, um das weitere Modul daran anzuordnen.
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Bei dem Elektronikbauteil zum Anordnung zwischen die Kühlflächen des ersten oder zweiten Kühlkörpermoduls handelt es sich insbesondere um ein im Betrieb Wärme abgebendes Elektronikbauteil. Dies kann insbesondere ein Leistungselektronikbauteil sein, wie insbesondere ein Leistungshalbleiter, wie beispielsweise ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) oder ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor). Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei dem Elektronikbauteil auch um einen elektrischen ohmschen Widerstand und/oder eine elektrische Induktivität und/oder eine elektrische Kapazität handeln. Insbesondere kann es sich bei dem Elektronikbauteil um einen Chip oder eine Leiterplatte oder dergleichen handeln, mit einem oder mehreren darauf oder darin angeordneten elektrischen Bauteilen.
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Die erste und/oder zweite Kühlfläche zumindest eines der Kühlkörpermodule kann so angeordnet sein, dass sie senkrecht zur Stapelrichtung (= axiale Richtung des Kühlkörpermoduls) liegt, also senkrecht zu der Richtung, in der die Module aufeinander stapelbar sind. Somit liegen die Kühlflächen von aufeinander gestapelten, identischen Kühlkörpermodulen stets parallel zueinander. Alternativ dazu kann die erste und/oder zweite Kühlfläche jedoch auch zur Stapelrichtung geneigt sein. Hierdurch kann sich eine verbesserte Durchströmung von Kühlmedium ergeben.
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Die beiden Kühlflächen zumindest eines der Kühlkörpermodule können so angeordnet sein, dass sie parallel zueinander liegen. Alternativ dazu können sie auch geneigt zueinander liegen. Die beiden Kühlflächen können außerdem jeweils eine konvexe oder konkave Form aufweisen. Dadurch kann an geeigneter Stelle mehr Platz für das Elektronikbauteil zwischen den beiden Kühlflächen des jeweiligen Kühlkörpermoduls geschaffen werden.
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Zumindest eines der Kühlkörpermodule kann einen ersten Durchgang für ein Kühlmedium aufweisen, der von einer der beiden Kühlflächen zur anderen der beiden Kühlflächen führt. Dadurch kann einfach Kühlmedium zu den beiden Kühlflächen dieses Kühlkörpermoduls geführt werden.
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Bevorzugt weist dieses Kühlkörpermodul zudem einen zweiten Durchgang für das Kühlmedium auf, der von einer der beiden Kühlflächen zur anderen der beiden Kühlflächen führt. Der erste und der zweite Durchgang sind dabei an gegenüberliegenden Enden der Kühlflächen angeordnet. Somit kann ein Kühlmedium von einem der beiden Durchgänge hergeführt werden und über die jeweilige Kühlfläche strömen und von dem anderen der beiden Durchgänge abgeführt werden. Mit anderen Worten dienen die Durchgänge also zum Durchleiten des Kühlmediums durch das Kühlkörpermodul hindurch und an den beiden Kühlflächen vorbei.
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Insbesondere kann der erste Durchgang und (sofern vorhanden) der zweite Durchgang an dem Kühlkörpermodul so angeordnet sein, dass beim Stapeln von zwei und mehr identischer Kühlkörpermodule einerseits die ersten Durchgänge dieser Kühlkörpermodule in einer Reihe angeordnet sind und andererseits (sofern vorhanden) auch die zweiten Durchgänge dieser Kühlkörpermodule in einer Reihe angeordnet sind. Dadurch können die einen Durchgänge gemeinsam einen Verteiler (Verteilerkanal) bilden, um Kühlmedium zu den Kühlflächen der gestapelten Kühlkörpermodule hinzuführen. Die anderen Durchgänge können dann gemeinsam einen Sammler (Sammlerkanal) bilden, um Kühlmedium von den Kühlflächen der gestapelten Kühlkörpermodule abzuführen.
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Die besagten Gehäuse bilden insbesondere jeweils ein Gehäuse des zugehörigen Kühlkörpermoduls. Somit ist also je Kühlkörpermodul ein eigenes Gehäuse vorgesehen. Die Gehäuse können jeweils insbesondere rahmenförmig oder als Rahmen ausgebildet sein, innerhalb dessen
- • die beiden Kühlflächen des Kühlkörpermoduls und
- • der erste Durchgang, und falls vorhanden der zweite Durchgang des Kühlkörpermoduls
angeordnet sind.
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Mittels des Gehäuses kann seitlich der Kühlflächen eine dichte Wandung gebildet werden, um Kühlmedium über die Kühlflächen zu leiten. Oberhalb der jeweiligen Kühlfläche ist das Gehäuse dann offen. Wenn zwei identische Kühlkörpermodule gestapelt werden, können somit die beiden zugehörigen Gehäuse aneinander anliegen und eine seitliche Abdichtung für ein Kühlmedium in den Durchgänge und an den Kühlflächen der beiden Kühlkörpermodule bilden. Die erste Seite des einen Kühlkörpermoduls liegt in dem Stapel direkt gegenüber zur zweiten Seite des darauf gestapelten weiteren Kühlkörpermoduls. Durch die Durchgänge der Kühlkörpermodule kann dann das Kühlmedium einfach an die Kühlflächen der Kühlkörpermodule im Stapel geführt werden und auch davon weggeführt werden.
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Das Gehäuse bildet demnach je Kühlkörpermodul seitlich zu der Kühlfläche einen Abschluss für das Kühlmedium. In Richtung seitlich der Kühlflächen ist das Gehäuse somit dicht ausgeführt, sodass das Kühlmedium dort nicht unkontrolliert oder ungewollt in eine Umgebung austreten kann. Es können optional allerdings gezielte Zu- und Ableitungen von Kühlmedium seitlich des Gehäuses vorgesehen sein, um Kühlmedium dem Kühlkörpermodul, also zu dessen Kühlflächen, zuzuführen oder abzuführen.
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Damit auf ein Kühlkörpermodul weitere Module gestapelt werden können, ist dessen Gehäuse entsprechend ausgeführt. Insbesondere verfügt das Gehäuse in Richtung der ersten und der zweiten Seite des jeweiligen Kühlkörpermoduls über entsprechende Schnittstellen, wie insbesondere miteinander korrespondierende Dichtflächen, Nuten, Federn (für eine Nut-Feder-Verbindung) oder Sicken. Dadurch ist es möglich, dass auf das Kühlkörpermodul ein identisches oder gleichartiges Kühlkörpermodul gestapelt werden kann. Es können auf das Kühlkörpermodul jedoch auch kompatible Gehäusemodule oder vielfältig andere Module aufgesetzt werden. Gehäusemodule verfügen dabei selbst über keine Elektronikkomponenten und dienen beispielsweise nur zur Verlängerung des Modulstapels oder zur gezielten Strömungsführung des Kühlmediums oder zum Zu- oder Abführen von Kühlmedium oder zur Aufhängung/Lagerung des Stapels.
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Durch diese Maßnahmen wird ein flexibles Kühlkörpermodul bereitgestellt, das um beliebig viele weitere Module, insbesondere identische oder gleichartige Kühlkörpermodule, erweiterbar ist. Gleichzeitig wird für einen damit geschaffenen Modulstapel kein separates Gehäuse benötigt. Mit anderen Worten ergeben die vorgeschlagenen Maßnahmen eine Stapelbarkeit des Kühlkörpermoduls in axialer Richtung (in Richtung der ersten und zweiten Seiten des Kühlkörpermoduls) und eine seitliche Dichtigkeit für das Kühlmedium (seitlich zur Kühlfläche; seitlich zum Kühlkörpermodul).
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Den oberen und den unteren Abschluss eines Modulstapels können insbesondere Gehäusemodule bilden, deren Oberseite bzw. Unterseite im Wesentlichen abgeschlossen sind. So ein Gehäusemodul kann eine Abschlussplatte bilden, die auf ein axiales Ende des Stapels wie ein normales Modul aufgesetzt wird.
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Bevorzugt weist das Kühlkörpermodul zumindest ein weiteres Strömungsführungsmittel zur Führung eines Kühlmediums innerhalb des Kühlkörpermoduls auf. Das weitere Strömungsführungsmittel kann dabei an
- • dem Gehäuse angrenzend zu einer der Kühlflächen, oder
- • an Vorsprüngen einer der Kühlflächen
angeordnet sein. Dadurch kann die Strömungsrichtung innerhalb des Kühlkörpermoduls bedarfsweise gelenkt werden, beispielsweise hin zu einer der Kühlflächen oder hinweg von einer der Kühlflächen. Außerdem kann dadurch ein Bypass für das Kühlmedium geschlossen oder dessen Auswirkung vermindert werden. Außerdem können dadurch vorteilhafte Turbulenzen in die Strömung des Kühlmediums eingebracht werden, wodurch dessen Wärmeaufnahme verbessert wird.
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Auch das weitere Strömungsführungsmittel kann entweder ein eigenständiges Bauteil bilden, das an dem entsprechenden Teil des Kühlkörpermoduls geeignet befestigt ist, beispielsweise am Gehäuse. Oder das weitere Strömungsführungsmittel kann ein integrierter Bestandteil des entsprechenden Teils des Kühlkörpermoduls bilden, also einteilig damit ausgebildet sein. In letzterem Fall kann das weitere Strömungsführungsmittel insbesondere eine Strömungsführungskontur bilden, die an dem entsprechenden Teil des Kühlkörpermoduls ausgeformt ist. Eine solche Strömungsführungskontur kann auch als Störkontur bezeichnet werden.
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Das weitere Strömungsführungsmittel kann beispielsweise eine spezielle Ausformung bilden, wie beispielsweise eine Nase oder Rippe, die hervorsteht, um das daran vorbeiströmende Kühlmedium in eine bestimmte Richtung zu lenken.
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Zumindest eines der beiden Kühlkörpermodule kann zumindest zweiteilig ausgeführt sein. Dabei weist der erste Teil dieses Kühlkörpermoduls die erste Kühlfläche auf und er bildet die erste Seite des Kühlkörpermoduls aus. Der zweite Teil dieses Kühlkörpermoduls weist dann die zweite Kühlfläche auf und er bildet die zweite Seite des Kühlkörpermoduls aus. Der erste Teil und/oder der zweite Teil des Kühlkörpermoduls weisen dann eine Fläche zum daran Anordnen des Elektronikbauteils auf. Beispielsweise kann das Elektronikbauteil an diese Fläche angelötet oder angesintert oder angeklebt oder angeschraubt oder mit Gussmasse daran angegossen oder anderweitig daran befestigt sein. Die beiden Teile können, mit Ausnahme der Anordnung der Vorsprünge auf den beiden Kühlflächen (Kühlstruktur), identisch oder spiegelbildlich zueinander ausgeführt sein.
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Bevorzugt weist einer der beiden Teile des Kühlkörpermoduls zumindest eine Nut auf, und der andere der beiden Teile des Kühlkörpermoduls weist zumindest eine damit korrespondierende Feder auf. Nut und Feder sind ineinandergreifend, wenn die beiden Teile zu dem Kühlkörpermodul zusammengefügt sind. Dadurch kann eine Abdichtung des zwischen den beiden Teilen angeordneten Elektronikbauteils verbessert werden.
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Insbesondere umgeben die Nut und die zugehörige Feder die Stelle zum Anordnen des zumindest einen Elektronikbauteils. Alternativ oder zusätzlich umgeben die Nut und die zugehörige Feder den ersten Durchgang und/oder den zweiten Durchgang des Kühlkörpermoduls. Insbesondere ist in die Nut ein Dichtungsmittel, wie beispielsweise eine Dichtmasse oder ein O-Ring oder eine Schnurdichtung eingefügt.
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Bevorzugt verfügt das Gehäuse zumindest eines der Kühlkörpermodule seitlich zu den Kühlflächen zumindest über eine Öffnung zur elektrischen Kontaktierung des jeweiligen Elektronikbauteils von außerhalb des Gehäuses. Dadurch kann die elektrisehe Kontaktierung des Elektronikbauteils einfach erfolgen. Bevorzugt ist das Elektronikbauteil vollständig über diese zumindest eine Öffnung kontaktierbar. D.h. es besteht kein Bedarf zu Kontaktierungen an anderer Stelle des Elektronikbauteils. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Kontaktierung des Elektronikbauteils jedoch vollständig oder teilweise durch eine elektrische Schnittstelle im Gehäuse zu einem auf das Kühlkörpermodul gestapelten weiteren Modul erfolgen.
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Bevorzugt wird das Elektronikbauteil mittels Gussmasse mit dem jeweiligen Kühlkörpermodul vergossen. Insbesondere ist das Elektronikbauteil mit der Gussmasse dicht gegenüber dem Kühlmedium vergossen. Somit kann einfach eine Dichtheit des Elektronikbauteils gegenüber dem Kühlmedium bewirkt werden. Die Gussmasse ist bevorzugt ein Duroplast, insbesondere ein Harz. Die Gussmasse kann beispielsweise durch Spritzgießen oder Niederdruckgießen oder auf andere geeignete Weise mit dem Kühlkörpermodul vergossen werden. Somit ist das Elektronikbauteil auch vibrationsfest und elektrisch isoliert mit dem Kühlkörpermodul verbunden. Die Gussmasse kann dann selbst einen Teil des Kühlkörpermoduls bilden.
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Das Elektronikbauteil kann in einer Vertiefung des jeweiligen Kühlkörpermoduls angeordnet sein. Das Elektronikbauteil kann dann in der Vertiefung auf das Kühlkörpermodul aufgelegt sein und darauf befestigt sein. Das Elektronikbauteil kann auch in einer parallel zu den Kühlflächen verlaufenden Öffnung in dem Kühlkörpermodul angeordnet sein. Insbesondere kann es dann in das Kühlkörpermodul und dessen Gehäuse eingeschoben sein. Somit kann es einfach von einer Seitenfläche des Gehäuses kontaktiert werden. Hierbei kann sich die Öffnung von einer Seitenfläche des Gehäuses zu den Kühlflächen erstrecken.
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Die Öffnung zum Einschieben oder Anordnen des Elektronikbauteils kann sich auch einer Seitenfläche des Gehäuses durch den Kühlkörper zu einer gegenüberliegenden anderen Seitenfläche des Gehäuses erstreckt. Das Elektronikbauteil ist dann insbesondere so durch das Gehäuse durchgeschoben oder darin so angeordnet, sodass es von beiden Seitenflächen des Gehäuses elektrisch kontaktiert werden kann. Eine solche Öffnung kann einfach hergestellt werden, beispielsweise durch Fräsen oder Bohren.
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Zumindest eines der Kühlkörpermodule kann einen Durchbruch von der besagten Öffnung zum Einschiebe des Elektronikbauteils in das Innere des Gehäuses aufweisen. Somit kann ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Elektronikbauteil im Kühlkörpermodul und dem das Kühlkörpermodul durchströmenden Kühlmedium hergestellt werden. Dies kann die Kühlung des Elektronikbauteils verbessern.
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Es wird angemerkt, dass zumindest eines der Kühlkörpermodule und insbesondere dessen Gehäuse vollständig oder teilweise aus einem gut wärmeleitenden Metall, wie beispielsweise Eisen oder Aluminium oder Kupfer oder Silber (dies beinhaltet auch Fe- oder AI- oder Cu- oder Ag-Lergierungen) bestehen kann. Hierdurch kann gut Wärme vom Elektronikbauteil abgeführt werden.
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Zumindest eines der Kühlkörpermodule kann auch zumindest teilweise aus einem Kunststoff bestehen oder aus einer Keramik. Insbesondere kann das Kühlkörpermodul aus mehreren Werkstoffen bestehen, wie beispielsweise zumindest aus einem Metallteil und zumindest einem Kunststoffteil.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest eines der Kühlkörpermodule ein oder mehrere Elektronikbauteile zur Bildung eines Wechselrichters aufweist. Mittels eines Wechselrichters kann ein Gleichstrom in einen Wechselstrom umgewandelt werden und/oder umgekehrt.
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Das hier ebenfalls vorgeschlagene Elektronikmodul weist zumindest die vorgeschlagene Kühlkörpervorrichtung mit den beiden Kühlkörpermodulen auf. Die beiden Kühlkörpermodule verfügen jeweils über zumindest eine elektrische Halbbrücke mit einem ersten und einem zweiten Leistungshalbleiter als Elektronikbauteile. Insbesondere ist ein drittes Kühlkörpermodule auf das erste oder zweite Kühlkörpermodul gestapelt. Dies erfolgt insbesondere analog zur vorgeschlagenen Kühlkörpervorrichtung, also mit einem dazwischen angeordneten Strömungsführungsmittel für das Kühlmedium.
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Ein solches Elektronikmodul weist insbesondere je Kühlkörpermodul einen Highside-Leistungshalbleiter und einen Lowside-Leistungshalbleiter auf, insbesondere je ein IGBT oder MOSFET. Mit einem solchen Elektronikmodul kann dann beispielsweise eine elektrische Vollbrücke gebildet werden. Beispielsweise kann mit einem solchen Elektronikmodul ein B6-Wechselrichter gebildet werden.
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Der vorgeschlagene Wechselrichter zur elektrischen Bestromung einer E-Maschine weist daher zumindest ein solches Elektronikmodul mit mehreren gestapelten Kühlkörpermodulen auf. Beispielsweise können die Kühlkörpermodule unmittelbar aufeinander gestapelt sein. Ein B6-Wechselrichter kann beispielsweise durch einen Stapel von drei solcher Kühlkörpermodule gebildet sein. Ein derartiger Wechselrichter kann durch die einfache Massenfertigbarkeit solcher Kühlkörpermodule kostengünstig aufgebaut werden. Die Verwendung weiterer Kühlstrukturen kann entfallen. Außerdem ist ein solcher Wechselrichter einfach skalierbar, da beliebig viele Module aufeinander stapelbar sind.
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Der ebenfalls vorgeschlagene Kraftfahrzeugantriebsstrang weist eine E-Maschine als Traktionsantrieb auf. Die E-Maschine dient also zum Fahrzeugvortrieb oder zur Fahrzeugverzögerung. Bei der Fahrzeugverzögerung arbeiten die E-Maschine und der Wechselrichter bevorzugt generatorisch und laden die Batterie. Der Antriebsstrang kann daher für ein rein elektrisch angetriebenes E-Fahrzeug dienen, oder er kann mit einem Verbrennungsmotor für ein Hybridfahrzeug dienen. Der Kraftfahrzeugantriebsstrang zeichnet sich durch den vorgeschlagenen Wechselrichter zur elektrischen Bestromung der E-Maschine aus. Der Wechselrichter weist also, wie erläutert, einen Stapel aus mehreren der vorgeschlagenen Kühlkörpermodule auf. Unter einer solchen elektrischen Bestromung ist sowohl ein Zuführen von elektrischen Strömen zu der E-Maschine zu verstehen, als auch ein Abführen von elektrischen Strömen von der E-Maschine.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Dabei zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
- 1 eine dreidimensionale Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung zur Kühlung von Elektronikbauteilen,
- 2 eine dreidimensionale Schnittdarstellung durch einen Stapel Kühlkörpermodule,
- 3 eine Schnittdarstellung durch einen Stapel Kühlkörpermodule,
- 4 eine dreidimensionale Schnittdarstellung durch einen Stapel Kühlkörpermodule,
- 5 eine dreidimensionale Ansicht eines Kühlkörpermoduls,
- 6 ein Kraftfahrzeugantriebsstrang.
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In den Figuren sind gleiche oder zumindest funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Vorrichtung zur Kühlung von Elektronikbauteilen gemäß 1 weist eine erste Seite A mit einer ersten Kühlfläche 6 zur Abgabe von Wärme eines Elektronikbauteils 8A an ein Kühlmedium auf. Die Vorrichtung weist auch eine zweite Seite B mit einer zweiten Kühlfläche 7 zur Abgabe von Wärme eines (anderen) Elektronikbauteils 8A an das Kühlmedium auf.
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Die beiden Kühlflächen 6, 7 weisen jeweils eine Kühlstruktur mit einer Mehrzahl an Vorsprüngen auf. Diese Kühlstrukturen werden in den Figuren beispielhaft durch so genannte Pin-Fin-Strukturen gebildet, auch Stiftkühler genannt. Die Vorsprünge werden demnach durch einzelne Stifte gebildet. Es sind jedoch andere Ausführungen für die Kühlstrukturen möglich. Beispielsweise können optional oder alternativ auch Rippen- und/oder Wabenstrukturen eingesetzt werden. Einige oder alle der Vorsprünge werden dann dementsprechend durch Rippen oder Waben gebildet.
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Die Vorsprünge weisen eine gewisse Höhe H auf. Die Höhe H ist hierbei der Abstand zwischen einer Grundebene der zugehörigen Kühlfläche 6, 7 und dem Scheitelpunkt oder der Stirnseite des Vorsprungs.
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Die Kühlflächen 6, 7 sind von dem Kühlmedium umströmbar. Dadurch können sie Wärme daran abgeben oder auch Wärme darüber aufnehmen. Je nach Ausführung kann die Kühlfläche 6, 7 somit zur Wärmeabgabe an das Kühlmedium dienen oder zur Wärmeaufnahme von dem Kühlmedium. In letzterem Fall dient die Kühlfläche 6, 7 also zur Kühlung des Kühlmediums.
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Das Elektronikbauteil 8A kann insbesondere einen oder mehrere Leistungshalbleiter, wie einen IGBT oder MOSFET, aufweisen. Das Elektronikbauteil kann insbesondere eine Leiterplatte / PCB (= printed circuit board) oder ein Keramiksubstrat aufweisen, auf dem ein oder mehrere Leistungshalbleiter angeordnet sind. Das Elektronikbauteil kann eine elektrische Halbbrücke mit zumindest zwei Leistungshalbleitern bilden.
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Die beiden Seiten A, B sind gegenüberliegend angeordnet, sodass die Vorsprünge der beiden Kühlflächen 6, 7 mit einem Abstand X zueinander gegenüberliegend angeordnet sind. Innerhalb des Abstandes X ist ein Strömungsführungsmittel 22 für das Kühlmedium angeordnet. Dadurch wird der durch den Abstand X bewirkte Bypass für das Kühlmedium zwischen den Stirnseiten der Vorsprünge geschlossen.
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Die Vorsprünge können insbesondere in das Strömungsführungsmittel 22 eintauchen. Hierzu können entsprechende Öffnungen in dem Strömungsführungsmittel 22 vorgesehen sein. Oder das Strömungsführungsmittel 22 kann flexibel ausgeführt sein, sodass es beim Zusammenfügen der Seiten A, B nachgibt, wenn die Vorsprünge damit zum Anschlag kommen. Insbesondere kann es aus Kunststoff bestehen, beispielsweise einem Silikongummi. Das Strömungsführungsmittel 22 kann ein Einlegeteil sein, das zwischen den Vorsprüngen der beiden Kühlflächen 6, 7 eingelegt ist.
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Für die erste Seite A ist ein erstes Gehäuse 11 oder Gehäuseteil 11A vorgesehen. Dieses erstreckt sich in Richtung der ersten Seite A und überragt in diese Richtung die Vorsprünge der ersten Kühlfläche 6. Analog dazu ist für die zweite Seite B ein zweite Gehäuse 11 oder Gehäuseteil 11B vorgesehen. Dieses erstreckt sich in Richtung der zweiten Seite B und überragt in diese Richtung die Vorsprünge der zweiten Kühlfläche 7. Die Gehäuse 11 / Gehäuseteile 11A, 11B sind aneinander angeordnet. Sie liegen also unmittelbar aneinander an. Sie verfügen insbesondere über aneinander liegende Dichtflächen, um einen ungewollten Austritt von Kühlmedium an der Verbindungsstelle der Gehäuse 11 / Gehäuseteile 11A, 11B zu verhindern.
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Dadurch, dass die Gehäuse 11 / Gehäuseteile 11A, 11B die jeweiligen Vorsprünge überragen, bildet sich der Abstand X zwischen den Vorsprüngen aus.
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Die Kühlstrukturen der beiden gegenüberliegenden Kühlflächen 6, 7 sind vorliegend identisch ausgebildet. Dadurch liegt jeweils ein Vorsprung der ersten Kühlfläche 6 genau einem Vorsprung der zweiten Kühlfläche 7 gegenüber. Alternativ dazu können die Kühlflächen auch bereichsweise komplementär zueinander ausgebildet sein. Dann sind die Vorsprünge beispielsweise seitlich oder in ihrer Höhe zueinander versetzt.
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2 zeigt eine Kühlkörpervorrichtung mit einem ersten Kühlkörpermodul 1 und einem darauf angeordneten zweiten Kühlkörpermodul 1. Diese bilden zusammen die in 1 sichtbare Vorrichtung zur Kühlung von Elektronikbauteilen.
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Das in 2 unten befindliche erste Kühlkörpermodul 1 verfügt über die erste Kühlfläche 6 auf seiner ersten Seite A (Oberseite). Außerdem verfügt dieses erste Kühlkörpermodul 1 über eine zur ersten Seite A gegenüberliegende zweite Seite B (Unterseite) eine zweite Kühlfläche 7.
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Das erste Kühlkörpermodul 1 verfügt auch über eine Stelle 8 zum Anordnen des Elektronikbauteils 8A zwischen seinen beiden Kühlflächen 6, 7. Durch Anordnen des Elektronikbauteils 8A an das Kühlkörpermodul 1 kann ein Elektronikmodul gebildet werden. Die Stelle 8 ist so gewählt, dass das Elektronikbauteil 8A an beide Kühlflächen 6, 7 Wärme abgeben kann. Die Stelle 8 ist beispielhaft durch eine seitlich des Kühlkörpermoduls 1 zugängliche Öffnung oder Vertiefung ausgebildet. In diese Öffnung oder Vertiefung kann das Elektronikbauteil 8A eingelegt oder eingeschoben werden. Insbesondere ist das Elektronikbauteil 8A daran befestigt. Hierzu kann es beispielsweise an das Kühlkörpermodul 1 angelötet oder angeschweißt werden. Es kann alternativ oder zusätzlich auch mit dem Kühlkörpermodul 1 mittels Gussmasse vergossen werden.
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Beide Kühlflächen 6, 7 des ersten Kühlkörpermoduls 1 verfügen über eine Kühlstruktur mit einer Mehrzahl an Vorsprüngen. Diese sind analog zu den Kühlflächen 6, 7 aus 1 ausgeildet.
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Das in 2 oben befindliche zweite Kühlkörpermodul 1 ist im Wesentlichen identisch zum unten befindlichen ersten Kühlkörpermodul 1 ausgebildet. Der einzige Unterschied zwischen den gezeigten Kühlkörpermodulen 1 besteht darin, dass das erste Kühlkörpermodul 1 über verkürzte Vorsprünge der ersten Kühlfläche 6 verfügt (Höhe H ist reduziert) und dass das zweite Kühlkörpermodul 1 über verkürzte Vorsprünge der zweiten Kühlfläche 7 verfügt (Höhe H ist reduziert). Grundsätzlich kann bei jedem Kühlkörpermodul 1 die Höhen H der Vorsprünge der ersten Kühlfläche 6 identisch zur Höhe H der Vorsprünge der zweiten Kühlfläche 7 sein.
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Die erste Seite A des (unteren) ersten Kühlkörpermoduls 1 ist gemäß 2 auf die zweite Seite B des (oberen) zweiten Kühlkörpermodul 1 angeordnet ist. Somit ergibt sich, dass die verkürzten Vorsprünge der ersten Kühlfläche 6 des ersten Kühlkörpermoduls 1 mit dem Abstand X von den verkürzten Vorsprüngen der zweiten Kühlfläche 7 des zweiten Kühlkörpermoduls 1 beabstandet sind.
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Dieser Abstand ist zur Anordnung des in 1 gezeigten Strömungsführungsmittels 22 vorgesehen. Der Übersicht halber ist das Strömungsführungsmittel 22 in 2 jedoch nicht dargestellt. Wie in 2 sichtbar ist, würde sich ohne dem Strömungsführungsmittel 22 ein Bypass innerhalb des Abstands X ergeben. Durch diesen könnte Kühlmedium hindurchströmen, ohne dass es an den Vorsprüngen entlangstreicht. Dadurch wäre die Kühlwirkung der Vorrichtung reduziert.
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Das Strömungsführungsmittel 22 sorgt nun dafür, dass das Kühlmedium hin zu den Vorsprüngen geleitet wird. Im einfachsten Fall füllt es den Raum innerhalb des Abstands X aus. Zusätzlich kann es auch einen oder mehrere Ausformungen aufweisen, wie beispielsweise Rippen oder Nasen, die das Kühlmedium gezielt an die Vorsprünge und/oder bestimmte Bereiche der Kühlflächen 6, 7 lenken und/oder Turbulenzen in die Strömung einbringen.
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Die in 2 dargestellten Kühlkörpermodule 1 verfügen jeweils über ein Gehäuse 11. Dieses Gehäuse 11 umschließt die beiden Kühlflächen 6, 7 seitlich. Es bildet also eine seitliche Begrenzung der beiden Kühlflächen 6, 7. Das Gehäuse 11 verhindert somit ein ungewolltes Austreten von Kühlmedium seitlich zu den Kühlflächen 6, 7. In Richtung erster und zweiter Seite A, B ist das Gehäuse 11 hingegen offen. Somit kann Kühlmedium in Richtung erster und zweiter Seite A, B aus dem einzelnen Gehäuse 11 austreten. Entsprechend kann das Kühlmedium im Kühlkörpermodulstapel zwischen den einzelnen Kühlkörpermodulen 1 hindurchströmen oder zirkulieren.
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Das Gehäuse 11 ist beispielhaft rahmenförmig ausgebildet. Im Inneren des Rahmens sind die Kühlflächen 6, 7 angeordnet, sowie die dazwischenliegende Stelle 8 zum Anordnen des Elektronikmoduls 8A. Das Gehäuse 11 ist dadurch im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Es sind allerdings auch andere Formen möglich, beispielsweise eine runde oder ovale Form.
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Vorliegend sind im Bereich der außenliegenden Ecken der Rechteckform Durchgangsöffnungen vorgesehen. Durch diese können jeweils eine Schraube oder ein Bolzen durchgeführt werden, um die aufeinander gestapelten Module 1 miteinander zu verspannen (siehe hierfür auch beispielsweise 4). Es sind jedoch alternative Möglichkeiten einsetzbar, um die Module 1 miteinander fest zu verbinden.
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Um einen freien Austausch von Kühlmedium zwischen der ersten und zweiten Kühlfläche 6, 7 (und dadurch zwischen den Kühlkörpermodulen 1 im Stapel) zu ermöglichen, weist das Kühlkörpermodul 1 innerhalb des Gehäuses 11 einen ersten Durchgang 12 für eine Kühlmedium von einer der beiden Kühlflächen 6, 7 zur anderen der beiden Kühlflächen 6, 7 auf. Außerdem weist das Kühlkörpermodul 1 einen zweiten Durchgang 13 für das Kühlmedium von einer der beiden Kühlflächen 6, 7 zur anderen der beiden Kühlflächen 6, 7 innerhalb des Gehäuses 11 auf. Die beiden Durchgänge 12, 13 sind hierbei an gegenüberliegenden Enden der Kühlflächen 6, 7 angeordnet. Dadurch kann Kühlmedium durch den ersten Durchgang 12 zu den beiden Kühlflächen 6, 7 gelangen, an diesen vorbeiströmen und durch den zweiten Durchgang 13 wieder abgeführt werden.
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Die Kühlkörpermodule 1 sind so angeordnet, dass die ersten und zweiten Durchgänge 12, 13 hintereinander angeordnet sind, also in Reihe zueinander (siehe beispielsweise 2). Dadurch bilden die ersten Durchgänge 12 gemeinsam einen Verteilerkanal. Die zweiten Durchgänge 13 bilden gemeinsam einen Sammlerkanal.
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Die Kühlkörpermodule 1 mit den zugehörigen Gehäusen 11 sind jeweils dazu ausgebildet, mit einem weiteren Modul gestapelt zu werden (siehe beispielsweise 3). Dazu sind die beiden Seiten A, B der Kühlkörpermodule 1 gleichermaßen zum darauf Anordnen eines weiteren Moduls ausgebildet. Insbesondere sind die beiden Seiten A, B eines Kühlkörpermoduls 1, insbesondere im Bereich des Gehäuses 11, komplementär zueinander ausgeformt. Beispielsweise können entsprechende Nuten oder Federn auf den Seiten A, B ausgebildet sein.
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Insbesondere bilden die Seiten A, B des Kühlkörpermoduls 1 (des Gehäuses 11) Dichtflächen aus. Die beiden Kühlflächen 6, 7 liegen beispielhaft parallel zu diesen Dichtflächen und somit auch parallel zueinander. Somit liegen die Kühlflächen 6, 7 in einem Stapel aus identischen Kühlkörpermodulen 1 stets parallel zueinander.
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Es ist alternativ möglich, die Kühlfläche 6, 7 zu den Dichtflächen gewinkelt auszuführen. Es ist alternativ auch möglich, die Kühlfläche 6, 7 zueinander gewinkelt auszuführen. Ebenso ist es möglich, dass eine oder beide der Kühlflächen 6, 7 konvex oder konkav ausgebildet sind.
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Zum besseren Verständnis der Richtungsangaben sind beispielhaft in 2 die Richtungen „unterhalb und oberhalb des Kühlkörpermoduls 1“ (= axiale Richtungen) sowie die Richtung „seitlich“ durch Pfeile gezeigt. Hierbei bedeutet U = unterhalb des Kühlkörpermoduls 1 (in Richtung Seite B) und O = oberhalb des Kühlkörpermoduls 1 (in Richtung Seite A) und S = seitlich. In den übrigen Figuren gilt dies entsprechend.
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3 zeigt einen Schnitt durch einen Stapel dreier Kühlkörpermodule 1. Diese sind im Wesentlichen analog zu den Kühlkörpermodulen 1 aus 2 ausgeführt. Im Stapel sind hierbei erste Seiten A jeweils auf zweite Seiten B der Kühlkörpermodule 1 gestapelt. Dadurch liegt im Stapel die erste Kühlflächen 6 eines der Kühlkörpermodule 1 der zweiten Kühlflächen des darauf gestapelten Kühlkörpermoduls 1 gegenüber. In dem Abstand X zwischen den Vorsprüngen der gegenüberliegenden Kühlflächen 6, 7 ist ein Strömungsführungsmittel 22 angeordnet.
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Oberhalb ist der Stapel durch ein Gehäusemodul 2 in Form einer dichten Abdeckplatte abgeschlossen. Unterhalb ist der Stapel durch ein weiteres Gehäusemodul 3 abgeschlossen. Dieses Gehäusemodul 3 weist zumindest einen Zulauf 4 und einen Ablauf 5 für ein Kühlmedium auf, zum Zuführen und Abführen von Kühlmedium zu den einzelnen Kühlkörpermodulen 1.
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Ein alternativer Stapel aus Kühlkörpermodulen 1 weist mehr oder weniger solcher Kühlkörpermodule 1 auf. Außerdem können in dem Stapel keine oder andere Gehäusemodule 2, 3 vorgesehen sein.
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Der durch die Durchgänge 12 gebildete Verteilerkanal ist an den Zulauf 4 angeschlossen. Dadurch kann Kühlmedium dem Verteilerkanal zugeführt werden. Der durch die Durchlässe 13 gebildete Sammlerkanal ist an den Ablauf 5 angeschlossen. Dadurch kann Kühlmedium von dem Sammlerkanal abgeführt werden. Somit kann einfach ein Kühlkreislauf für die Kühlkörpermodule 1 im Stapel erzeugt werden.
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Die Kühlstrukturen der beiden Kühlflächen 6, 7 eines Kühlkörpermoduls 1 sind optional zumindest bereichsweise komplementär zueinander ausgebildet. Dazu sind Vorsprünge dieser Kühlflächen 6, 7 komplementär zueinander ausgeführt. Dies kann dadurch bewirkt werden, dass gegenüberliegende Vorsprünge der beiden Kühlflächen 6, 7 eines Kühlkörpermodul 1 in ihrer Höhe H versetzt zueinander sind oder unterschiedliche Höhen H aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können gegenüberliegende Vorsprünge der beiden Kühlflächen 6, 7 eines Kühlkörpermodul 1 seitlich zueinander versetzt sein.
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Das bedeutet also, dass ein Vorsprung auf der ersten Seite A des Kühlkörpermoduls 1 seitlich oder in der Höhe versetzt zum gegenüberliegenden Vorsprung auf der zweiten Seite B des Kühlkörpermoduls 1 ist. Oder es bedeutet, dass ein Vorsprung auf der ersten Seite A des Kühlkörpermoduls 1 unterschiedlich hoch zum gegenüberliegenden Vorsprung auf der zweiten Seite B des Kühlkörpermoduls 1 ist.
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4 zeigt eine dreidimensionale Teilansicht eines Schnittes durch einen Stapel aus drei Kühlkörpermodulen 1, der analog zur 3 ausgebildet ist. Die einzelnen Kühlkörpermodule 1 entsprechen also demjenigen aus 3. Die Erläuterungen hierzu gelten dementsprechend auch für die Ausführungsform nach 4.
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Gemäß 4 sind die einzelnen Kühlkörpermodule 1 so aufeinandergestapelt, dass zumindest die Durchgänge 12 in einer Reihe angeordnet sind (vergleichbar mit den Stapeln in 2 und 3). Die Durchgänge 12 bilden dadurch einen gemeinsamen Verteilerkanal.
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Gemäß 4 ist nun vorgesehen, dass in dem Verteilerkanal ein weiteres Strömungsführungsmittel 17 angeordnet ist. Dieses dient dazu, um einen bestimmten Anteil der Strömung des Kühlmediums im Verteilerkanal zu den einander gegenüberliegenden Kühlflächen 6, 7 hinzulenken. Das weitere Strömungsführungsmittel 17 verfügt dazu über entsprechend geformte Nasen oder Rippen 17A. Ein entsprechendes weiteres Strömungsführungsmittel kann optional in dem durch die Durchgänge 13 gebildeten Sammlerkanal angeordnet sein. Dieses dient dann dazu, um das von den Kühlflächen 6, 7 in den Sammlerkanal strömende Kühlmedium in die richtige Richtung zu lenken.
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Vorliegend ist das weitere Strömungsführungsmittel 17 beispielhaft als eigenständiges Bauteil (beispielsweise ein Einlegeteil) ausgebildet, das sich über mehrere der Kühlkörpermodule 1 im Stapel erstreckt. Dieses ist an dem Stapel auf geeignete Weise befestigt. Alternativ dazu können die Kühlkörpermodule 1 jeweils selbst über ein entsprechendes weiteres Strömungsführungsmittel 17 verfügen. Dazu kann eine entsprechende Nase oder Rippe 17A am Gehäuse 11 im Bereich des jeweiligen Durchganges 12, 13 angeordnet sein. Diese kann ein eigenständiges Bauteil sein oder ein Teil des Gehäuses 11.
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Analog ausgebildete weitere Strömungsführungsmittel 17, 17A können grundsätzlich in allen in den Figuren gezeigten Kühlkörpermodulen 1 oder Kühlkörpermodulstapeln eingesetzt werden.
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In 4 sind beispielhaft verschiedene Anteile der Strömung des Kühlmediums als Pfeile dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, dass das weitere Strömungsführungsmittel 17 einen bestimmten Anteil hin zu den Kühlflächen 6, 7 lenkt. Die Dicke der Pfeile repräsentiert hierbei den Volumenstromanteil der Strömung, der in die jeweilige Richtung fließt.
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Wie in 4 gut sichtbar ist, können die Gehäuse 11 der Kühlkörpermodule 1 zumindest zweiteilig ausgebildet sein. An dem ersten Gehäuseteil 11A ist die erste Seite A und die erste Kühlfläche 6 ausgebildet. Und an dem zweiten Gehäuseteil 11B ist die zweite Seite B und die zweite Kühlfläche 7 ausgebildet. Im Bereich der Trennebene zwischen den beiden Gehäuseteilen 11A, 11B können komplementäre Nuten 15 und Federn 16 vorgesehen sein.
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5 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines zweiteiligen Kühlkörpermoduls 1. Die beiden Teile 11A und 11B sind hierbei zur besseren Anschauung voneinander getrennt. Dadurch ist der Blick auf daran vorgesehene, komplementäre Nuten 15 und Federn 16 frei. Diese umgeben jeweils die Durchgänge 12 und 13. Dadurch können diese gut abgedichtet werden. Analog dazu können die in 2 bis 4 gezeigten Kühlkörpermodule 1 ausgebildet sein.
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Außerdem verfügen die Teile 11A und 11B jeweils über eine Vertiefung zur Aufnahme des Elektronikbauteils 8A. Jeder der Teile 11A und 11B verfügt demnach über eine Stelle 8 zum Anordnen des Elektronikbauteils 8A. Diese Vertiefungen bilden im zusammengesetzten Zustand des Kühlkörpermodul 1 eine Öffnung, die sich von einer Seitenfläche des Kühlkörpermoduls 1 zur gegenüberliegenden anderen Seitenfläche erstreckt.
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Ansonsten entspricht die Ausführungsform des Kühlkörpermoduls 1 in 5 derjenigen aus 2, 3 oder 4. Die Erläuterungen hierzu gelten dementsprechend auch für die Ausführungsform nach 5.
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Aus jedem der in den Figuren gezeigten Kühlkörpermodule 1 kann durch Anordnen eines Elektronikbauteils 8A an die entsprechende Stelle 8 ein Elektronikmodul 1 erzeugt werden.
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6 zeigt einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, aufweisend eine E-Maschine 18 als ein Traktionsantrieb sowie einen Wechselrichter 19 zur elektrischen Bestromung der E-Maschine 18. Bei der E-Maschine 18 kann es sich insbesondere um eine Drehfeldmaschine handeln, wie eine Synchron- oder Asynchronmaschine. Die E-Maschine 18 wird über Phasenleitungen mit Wechselstrom vom Wechselrichter 19 versorgt. Der Wechselrichter 19 bezieht die dazu nötige elektrische Energie über Gleichstromleitungen aus einem elektrischen Energiespeicher 20, wie beispielsweise aus einem Akkumulator oder Kondensator. Der elektrische Energiespeicher 20 liefert also einen Gleichstrom. Dieser wird vom Wechselrichter 19 in Wechselstrom für die E-Maschine 18 gewandelt. Die E-Maschine 18 treibt dadurch dann beispielsweise Fahrzeugräder 21 an.
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Der Wechselrichter 19 ist vorliegend aus einem Stapel von Elektronikmodulen 1 aufgebaut. Dazu werden Kühlkörpermodule 1 mit entsprechenden Elektronikbauteilen eingesetzt. Der Wechselrichter 19 kann beispielsweise einen Stapel Kühlkörpermodule 1 gemäß einer der 2, 3, 4 aufweisen oder damit aufgebaut sein. Die axialen Abschlüsse des Stapels können, wie in 3 sichtbar, von Gehäusemodulen 2, 3 gebildet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlkörpermodul
- 2
- Gehäusemodul
- 3
- Gehäusemodul
- 4
- Zulauf
- 5
- Ablauf
- 6
- Kühlfläche
- 7
- Kühlfläche
- 8
- Stelle
- 8A
- Elektronikbauteil
- 11
- Gehäuse, Rahmen
- 11A
- Teil des Gehäuses / Rahmens 11
- 11B
- Teil des Gehäuses / Rahmens 11
- 12
- Durchgang
- 13
- Durchgang
- 15
- Nut
- 16
- Feder
- 17
- Strömungsführungsmittel
- 17A
- Nase, Rippe
- 18
- E-Maschine
- 19
- Wechselrichter
- 20
- Energiespeicher
- 21
- Fahrzeugrad
- 22
- Strömungsführungsmittel
- A
- Seite, Oberseite
- B
- Seite, Unterseite
- H
- Höhe
- O
- Richtung oberhalb eines Kühlkörpermoduls 1, axiale Richtung
- U
- Richtung unterhalb eines Kühlkörpermoduls 1, axiale Richtung
- S
- seitliche Richtung
- X
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2019429 A1 [0003]
- DE 102016223889 [0004]
