DE102019200142A1

DE102019200142A1 - Cooling unit for removing waste heat from at least one power component

Info

Publication number: DE102019200142A1
Application number: DE102019200142.4A
Authority: DE
Inventors: Oliver Rang; Alexander Lerch; Marcel Pries; Jens Uwe MÜLLER; Thorsten Pape; Eckhard Schochow; Matthias Zimmermann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2020-07-09
Also published as: CN111508916A; CN111508916B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühleinheit (1) zur Abfuhr von Abwärme von zumindest einem Leistungsbauteil (2). Hierbei weist die Kühleinheit (1) einen Sockelkasten (3) mit einem Vorlauf (4) und einem Rücklauf (5) sowie einen gegenüber dem Sockelkasten (3) abschnittsweise überdeckend angeordneten Deckkörper (6) auf. In dem Deckkörper (6) ist je Leistungsbauteil (2) eine Kühlöffnung (7) zur unmittelbaren Zufuhr von Kühlmittel zu dem die Kühlöffnung (7) abdeckend an der Kühleinheit (1) angeordneten Leistungsbauteil (2) ausgeformt. Weiterhin ist zwischen Sockelkasten (3) und Deckkörper (6) eine Zwischenplatte (8) angeordnet.The invention relates to a cooling unit (1) for removing waste heat from at least one power component (2). The cooling unit (1) has a base box (3) with a flow (4) and a return line (5) as well as a cover body (6) that covers sections of the base box (3). A cooling opening (7) is formed in the cover body (6) for each power component (2) for the direct supply of coolant to the power component (2) arranged on the cooling unit (1) and covering the cooling opening (7). An intermediate plate (8) is also arranged between the base box (3) and the cover body (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleinheit zur Abfuhr von Abwärme von zumindest einem Leistungsbauteil. Hierbei weist die Kühleinheit einen Sockelkasten mit einem Vorlauf und einem Rücklauf sowie einen gegenüber dem Sockelkasten abschnittsweise überdeckend angeordneten Deckkörper auf, wobei in dem Deckkörper je Leistungsbauteil eine Kühlöffnung zur unmittelbaren Zufuhr von Kühlmittel zu dem die Kühlöffnung abdeckend an der Kühleinheit angeordneten Leistungsbauteil ausgeformt ist.The invention relates to a cooling unit for removing waste heat from at least one power component. Here, the cooling unit has a base box with a flow and a return, as well as a cover body that is partially covered over the base box, a cooling opening for the direct supply of coolant to the power component arranged on the cooling unit covering the cooling opening being formed in the cover body.

Bekannterweise werden zur Ansteuerung von elektrischen Antrieben regelmäßig Leistungshalbleiterbauelemente respektive -module verwendet, welche aufgrund der bei der Zufuhr elektrischer Energie zu einem Antrieb entstehenden Verlustleistung innerhalb des Leistungshalbleiterbauelements respektive -moduls der Notwendigkeit einer Kühlung zur Abfuhr der entsprechend verlustleistungsbedingt entstehenden Wärme unterliegen.As is known, power semiconductor components or modules are regularly used to control electric drives, which are subject to the need for cooling to dissipate the heat generated as a result of the loss of power due to the power loss within the power semiconductor component or module due to the supply of electrical energy to a drive.

Oftmals wird zur Kühlung ein angesetzter Kühlkörper verwendet, welcher von einem mittels eines Lüfters erzeugten Luftstrom angeströmt wird. Dies ist jedoch regelmäßig bei lediglich moderater Wärmeentstehung zielführend. Bei hoher bzw. sehr hoher Wärmeentstehung besteht für gewöhnlich der Bedarf an einer Flüssigkeitskühlung der Leistungshalbleiterbauelemente respektive -module, beispielsweise mit Wasser, einer Wasser-Glykol-Mischung oder anderen Medien als eingesetztes Kühlmittel.An attached heat sink is often used for cooling, which is flowed against by an air flow generated by a fan. However, this is usually expedient with only moderate heat generation. In the case of high or very high heat generation, there is usually a need for liquid cooling of the power semiconductor components or modules, for example using water, a water-glycol mixture or other media as the coolant used.

In einem solchen Zusammenhang beschreibt die DE 10 2005 048 100 A1 ein elektronisches Steuergerät, welches in einem Gehäuse des Steuergeräts angeordnete Leistungshalbleiterbauelemente aufweist, die ihrerseits auf Leiterplatten befestigt sind. Die Leiterplatten stehen dabei mittelbar in wärmeleitendem Kontakt mit der äußeren Oberfläche eines in Form eines Strangpressprofils vorliegenden Kühlers, wobei zum Ausgleich von Oberflächenunebenheiten zwischen den Leiterplatten und dem Kühler ein Wärmeleitpad angeordnet ist oder diese über Wärmeleitkleber miteinander verbunden sind. Der Kühler weist überdies je einen aus dem Gehäuse geführten Zu- sowie Ablauf auf und ist in mehrere stabilitätsverbessernde Längskammern unterteilt, sodass der Kühler eine hinreichende Stabilität aufweist und von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Nachteilig an dieser Lösung stellt sich jedoch der mehrfache Wärmeübergang und somit hohe Wärmeleitwiderstand zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen und der eigentlichen Kühlflüssigkeit dar, was zu einer unzureichenden Wärmeabfuhr und somit erhöhten Temperatur der Leistungshalbleiterbauelemente führt. Solch erhöhte Temperaturen resultieren in einer erhöhten Ausfallwahrscheinlichkeit und somit einer verringerten Zuverlässigkeit sowie Lebensdauer der Leistungshalbleiterbauelemente.In such a context, the DE 10 2005 048 100 A1 an electronic control unit, which has power semiconductor components arranged in a housing of the control unit, which in turn are attached to printed circuit boards. The circuit boards are indirectly in heat-conducting contact with the outer surface of a cooler in the form of an extruded profile, a heat-conducting pad being arranged to compensate for surface irregularities between the circuit boards and the cooler, or these are connected to one another via heat-conducting adhesives. The cooler also has an inlet and outlet led out of the housing and is divided into several stability-improving longitudinal chambers, so that the cooler has sufficient stability and a coolant can flow through it. However, the disadvantage of this solution is the multiple heat transfer and thus high thermal conductivity between the power semiconductor components and the actual cooling liquid, which leads to inadequate heat dissipation and thus increased temperature of the power semiconductor components. Such elevated temperatures result in an increased probability of failure and thus a reduced reliability and service life of the power semiconductor components.

Aus diesem Grund wurde bereits eine Lösung vorgeschlagen, den Wärmeleitwiderstand zwischen Leistungshalbleiterbauelement und Kühlflüssigkeit zu verringern. So offenbart die gattungsbildende DE 100 38 178 A1 eine Kühlschiene, welche der entsprechenden Kühlung von Leistungshalbleiterbauelementen respektive -modulen dient. Hierbei weist die Kühlschiene mehrere Kühlkammern auf, welche über einen Zu- und Ablauf sowie Verbindungsschlitze durchströmbar miteinander gekoppelt sind. Die Kühlschiene zeigt hierbei einen zweiteiligen Aufbau aus einem Basiskörper und einer durch Verschraubung an dem Basiskörper angeordneten Deckplatte. Die über die Kühlschiene zu kühlenden Leistungshalbleitermodule bestehen zudem aus einer Stapelung eines Leistungshalbleiterbauelements, welches auf einem elektrisch isolierendem Keramiksubstrat angeordnet ist, das seinerseits einen Verbund mit einer Metallbodenplatte des Leistungshalbleitermoduls bildet. Die Leistungshalbleitermodule sind dabei so auf der Deckplatte der Kühlschiene angeordnet, dass deren Metallbodenplatten in der Deckplatte vorhandene Öffnungen verschließen. Hierdurch wird es ermöglicht, dass die die Kühlschiene durchströmende Kühlflüssigkeit in unmittelbaren Kontakt mit der insbesondere mit einer die Oberfläche vergrößernden Strukturierung versehenen Metallbodenplatte des Leistungshalbleitermoduls treten kann. Zur Abdichtung zwischen den Kammern sowie zur Metallbodenplatte sind im Bereich der Öffnungen umlaufende Nuten in die Deckplatte eingebracht, in welche Dichtungen eingesetzt werden. Zur Wahrung der Dichtfunktion ist es somit notwendig, die Deckplatte nachzubearbeiten, um die Nuten zu erzeugen. Weiterhin ist in der Druckschrift zwar beschrieben, eine parallele Anströmung der Leistungshalbleiterbauelemente zu verwenden, die jedoch mit dem offenbarten Aufbau der Kühlschiene nicht möglich ist.For this reason, a solution has already been proposed to reduce the thermal conductivity between the power semiconductor component and the coolant. So the generic reveals DE 100 38 178 A1 a cooling rail, which serves the corresponding cooling of power semiconductor components or modules. Here, the cooling rail has a plurality of cooling chambers, which are coupled to one another through an inlet and outlet and through connecting slots. The cooling rail here shows a two-part structure consisting of a base body and a cover plate arranged by screwing on the base body. The power semiconductor modules to be cooled via the cooling rail also consist of a stack of a power semiconductor component which is arranged on an electrically insulating ceramic substrate, which in turn forms a composite with a metal base plate of the power semiconductor module. The power semiconductor modules are arranged on the cover plate of the cooling rail in such a way that their metal base plates close existing openings in the cover plate. This makes it possible for the cooling liquid flowing through the cooling rail to come into direct contact with the metal base plate of the power semiconductor module, in particular with a structuring that increases the surface area. For sealing between the chambers and the metal base plate, circumferential grooves are made in the area of the openings, in which seals are used. To maintain the sealing function, it is therefore necessary to rework the cover plate in order to produce the grooves. Furthermore, it is described in the publication to use a parallel flow against the power semiconductor components, but this is not possible with the disclosed structure of the cooling rail.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Kühleinheit der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass eine parallele Anströmung der Leistungsbauteile ermöglicht und eine Nachbearbeitung relevanter Dichtflächen weitgehend vernachlässigbar ist.Against this background, the invention is based on the object of designing the cooling unit of the type mentioned at the outset in such a way that a parallel flow against the power components is possible and post-processing of relevant sealing surfaces is largely negligible.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Kühleinheit gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. This object is achieved with a cooling unit according to the features of claim 1. The subclaims relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also eine Kühleinheit zur Abfuhr von Abwärme von zumindest einem - insbesondere die Abwärme hervorrufenden, elektronischen - Leistungsbauteil vorgesehen. Dabei weist die Kühleinheit einen Sockelkasten mit einem Vorlauf und einem Rücklauf sowie einen gegenüber dem Sockelkasten abschnittsweise überdeckend angeordneten, insbesondere mit dem Sockelkasten mittelbar verbundenen Deckkörper auf. In dem Deckkörper ist zudem je Leistungsbauteil eine Kühlöffnung zur unmittelbaren Zufuhr von Kühlmittel zu dem die Kühlöffnung abdeckend an der Kühlvorrichtung angeordneten Leistungsbauteil ausgeformt. Das Kühlmittel kann hierbei eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser oder einer Wasser-Glykol-Mischung, jedoch auch ein anderes Medium sein. Erfindungsgemäß ist hierbei weiterhin zwischen Sockelkasten und Deckkörper eine - insbesondere das Kühlmittel leitende - Zwischenplatte angeordnet.According to the invention, a cooling unit is therefore provided for removing waste heat from at least one electronic power component, which in particular produces the waste heat. The cooling unit has a base box with a flow and a return line as well as a cover body arranged in sections covering the base box, in particular indirectly connected to the base box. In addition, a cooling opening for the direct supply of coolant to the power component arranged on the cooling device, covering the cooling opening, is formed in the cover body for each power component. The coolant can be a coolant, for example water or a water-glycol mixture, but it can also be another medium. According to the invention, an intermediate plate, in particular the coolant, is further arranged between the base box and the cover body.

Somit liegt eine geteilte, wenigstens dreiteilige Kühleinheit vor, welche sich vorteilhaft zur Abfuhr von Abwärme und demnach zur Kühlung von Leistungsbauteilen eignet. Bedingt durch den gewählten Aufbau lässt sich diese Kühleinheit kostengünstig fertigen und eine Nachbearbeitung wie das Erzeugen von Dichtelementen vermeiden. Zudem wird eine parallele Zufuhr des Kühlmittels zu dem zumindest einen Leistungsbauteil ermöglicht. Bevorzugt sind hierbei drei Leistungsbauteile an der Kühleinheit angeordnet.There is thus a divided, at least three-part cooling unit which is advantageously suitable for dissipating waste heat and accordingly for cooling power components. Due to the design chosen, this cooling unit can be manufactured inexpensively and post-processing such as the production of sealing elements can be avoided. In addition, a parallel supply of the coolant to the at least one power component is made possible. In this case, three power components are preferably arranged on the cooling unit.

Jedes Leistungsbauteil kann hierbei im Allgemeinen als ein Bauteil verstanden werden, welches Wärme erzeugt. Bevorzugt handelt es sich bei einem Leistungsbauelement jedoch um ein elektrisches und/oder elektronisches Leistungsbauelement, z. B. ein Halbleiterbauelement für die Leistungselektronik wie ein Diac, ein bipolarer Leistungstransistor, ein Leistungs-MOSFET, ein GTO-Thyristor, ein Thyristor, ein Triac, eine Diode oder bevorzugt ein IGBT sein. Auch besteht die Möglichkeit, dass das Leistungsbauteil ein ein oder mehrere solcher Leistungsbauelemente aufweisendes Leistungsmodul oder Leistungshalbleitermodul ist, welches die Leistungsbauelemente in einem Gehäuse integriert.Each power component can generally be understood as a component that generates heat. However, a power component is preferably an electrical and / or electronic power component, e.g. B. a semiconductor device for power electronics such as a diac, a bipolar power transistor, a power MOSFET, a GTO thyristor, a thyristor, a triac, a diode or preferably an IGBT. There is also the possibility that the power component is a power module or power semiconductor module that has one or more such power components and that integrates the power components in a housing.

Der Sockelkasten, in welchem der Vorlauf und der Rücklauf insbesondere als in den Sockelkasten eingelassene Taschen ausgeformt sind, die Zwischenplatte sowie der Deckkörper können durch Gießen und/oder Fräsen, ebenso durch Schmieden und/oder Stanzen, im Strangpressverfahren und/oder mittels eines 3D-Druckverfahrens ausgeformt sein. Bevorzugt liegt der Sockelkasten jedoch als ein Guss- und/oder Frästeil, die Zwischenplatte als ein Stanzteil und der Deckkörper als ein Strangpressteil vor. Der Deckkörper sollte hierbei durch ein Trennen des vorstufigen Strangpressprofils quer zu dessen Längsrichtung gefertigt werden.The base box, in which the flow and return are formed in particular as pockets embedded in the base box, the intermediate plate and the cover body can be cast and / or milled, also by forging and / or stamping, in the extrusion process and / or by means of a 3D Printing process be formed. However, the base box is preferably present as a cast and / or milled part, the intermediate plate as a stamped part and the cover body as an extruded part. The cover body should be made by cutting the pre-extruded profile transversely to its longitudinal direction.

Es sollte weiterhin vorgesehen sein, dass der Vorlauf und der Rücklauf in Längsrichtung der Kühleinheit und somit des Sockelkastens zueinander beabstandet nebeneinander verlaufen, sodass eine parallele Zufuhr des Kühlmittels zu den Leistungsbauteilen ermöglicht werden kann.It should also be provided that the flow and the return run in the longitudinal direction of the cooling unit and thus the base box spaced apart from each other so that a parallel supply of the coolant to the power components can be made possible.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Zwischenplatte ein

- insbesondere von einer Bandrolle oder auch von einem Coil - abgewickeltes Blech und/oder das Blech weist nachbearbeitungsfrei eine eine - bevorzugt mittels Dichtelementen ausgeführte
- Abdichtung ermöglichende Oberflächengüte auf. Auf Basis dieser Ausgestaltung entfällt demnach die Notwendigkeit, eine aufwendige Nachbearbeitung der Zwischenplatte
- beispielsweise durch ein Fräsverfahren mit einer hohen Taktzeit - zur Bereitstellung der für eine Abdichtung notwendigen Oberflächengüte, hierbei insbesondere hinsichtlich der gemittelten Rautiefe sowie dem Mittenrauwert, durchzuführen. Die als Blech ausgebildete Zwischenplatte weist bereits bedingt durch den zur Erzeugung des Blechs notwendigen Walzprozess die notwendige Oberflächengüte auf und es bedarf lediglich eines weiteren Formgebungsprozesses wie einem Stanzvorgang, um die Zwischenplatte respektive das Blech der Kühleinheit zur Verfügung stellen zu können.

In a particularly advantageous development of the invention, the intermediate plate is a

- In particular from a tape roll or from a coil - unwound sheet and / or the sheet has a post-processing - preferably carried out by means of sealing elements
- Sealing enables surface quality. Based on this configuration, there is therefore no need for time-consuming post-processing of the intermediate plate
- For example, by means of a milling process with a high cycle time - to provide the surface quality required for sealing, in particular with regard to the average roughness depth and the average roughness value. The intermediate plate designed as a sheet already has the necessary surface quality due to the rolling process required to produce the sheet, and only a further shaping process such as a stamping process is required in order to be able to make the intermediate plate or the sheet available to the cooling unit.

Es stellt sich hierbei als zudem vorteilhaft dar, wenn die Zwischenplatte eine gemittelte Rautiefe Rz bis höchstens 10 Mikrometer aufweist, da eine gemittelte Rautiefe in diesem Bereich die entsprechende Oberflächengüte aufweist, um eine Dichtfunktion mittels der Dichtelemente sicherstellen zu können. Beispielsweise ist es denkbar, dass die gemittelte Rautiefe der Zwischenplatte in einem Bereich von 6,3 Mikrometern bis 10 Mikrometern liegt. Eine geringere Rauheit und somit gemittelte Rautiefen kleiner 6,3 Mikrometer sind natürlich ebenso vorteilhaft und möglich.It also proves to be advantageous if the intermediate plate has an average roughness depth Rz of at most 10 micrometers, since an average roughness depth in this area has the corresponding surface quality in order to be able to ensure a sealing function by means of the sealing elements. For example, it is conceivable that the average roughness depth of the intermediate plate is in the range from 6.3 micrometers to 10 micrometers. A lower roughness and thus averaged roughness depths of less than 6.3 micrometers are of course also advantageous and possible.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist auch dann als überaus gewinnbringend anzusehen, wenn in der Zwischenplatte je Kühlöffnung - und durch die jeweilige Kühlöffnung umrandend ausgeführt - zumindest zwei Überströmöffnungen ausgebildet sind, von welchen je wenigstens eine Überströmöffnung mit dem Vorlauf, andererseits mit dem Rücklauf durchströmbar verbunden ist und somit je Kühlöffnung und Leistungsbauteil wenigstens eine der Überströmöffnungen dem Vorlauf und wenigstens eine Überströmöffnung dem Rücklauf zugeordnet ist. Dies führt in konstruktiv vorteilhafter Weise dazu, dass das Kühlmittel aus dem Vorlauf in den Bereich der Kühlmittelöffnung und anschließend in den Rücklauf übertreten kann. Der Übertritt des Kühlmittels erfolgt dabei bei mehreren an der Kühleinheit angeordneten Leistungsbauteilen in einer strömungstechnischen Parallelanordnung der Überströmöffnungen, sodass die Temperatur des auf ein jeweiliges Leistungsbauteil einwirkenden Kühlmittels gleich ist und nicht wie bei einer Reihenschaltung, aufgrund der Einwirkung der Abwärme, bei einem folgenden Leistungsbauteil erhöht vorliegt.One embodiment of the invention can also be regarded as extremely profitable if at least two overflow openings are formed in the intermediate plate for each cooling opening - and are designed to surround the respective cooling opening - of which at least one overflow opening is connected to the flow and on the other hand to the return flow and thus at least one of the overflow openings is assigned to the flow and at least one overflow opening to the return flow for each cooling opening and power component. In a constructively advantageous manner, this leads to the coolant being able to pass from the flow into the area of the coolant opening and then into the return. In the case of a plurality of power components arranged on the cooling unit, the coolant is transferred in a fluidic parallel arrangement of the overflow openings, so that the temperature of the respective power component acting coolant is the same and not as in a series connection, due to the effect of waste heat, is present in a higher power component.

Die randseitigen Wandungen der Kühlmittelöffnung, die Zwischenplatte und ein die Kühlmittelöffnung abdeckender Boden des Leistungsbauteils formen hierbei eine Kammer aus, in welche das Kühlmittel über die Überströmöffnungen ein- und wieder ausströmt, was einen kontinuierlichen Abtransport der Abwärme garantieren kann.The peripheral walls of the coolant opening, the intermediate plate and a bottom of the power component covering the coolant opening form a chamber into which the coolant flows in and out via the overflow openings, which can guarantee a continuous removal of the waste heat.

Weiterhin besteht eine überaus erfolgversprechende Ausbildung der Erfindung darin, dass jeweils zwischen Sockelkasten und Zwischenplatte, Zwischenplatte und Deckkörper sowie Deckkörper und Leistungsbauteil eine Verbindung ausgebildet ist und zumindest eine - oder alle - dieser Verbindungen eine abdichtende, insbesondere flächige, stoffschlüssige Verbindung ist. Die jeweilige stoffschlüssige Verbindung kann dabei eine Schweißverbindung z. B. mittels Rührreibschweißens, eine Lötverbindung oder auch Klebeverbindung sein. Denkbar ist weiterhin ein Vergießen von Sockelkasten und Zwischenplatte, Zwischenplatte und Deckkörper und/oder Deckkörper und Leistungsbauteil miteinander.Furthermore, a very promising embodiment of the invention is that a connection is formed between the base box and intermediate plate, intermediate plate and cover body, and cover body and power component, and at least one - or all - of these connections is a sealing, in particular flat, integral connection. The respective integral connection can be a welded connection z. B. by means of friction stir welding, a soldered connection or adhesive connection. Potting of base box and intermediate plate, intermediate plate and cover body and / or cover body and power component is also conceivable.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jeweils zwischen Sockelkasten und Zwischenplatte, Zwischenplatte und Deckkörper sowie Deckkörper und Leistungsbauteil eine Verbindung ausgebildet, wobei zumindest eine - oder alle - dieser Verbindungen eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung ist. Hierdurch kann insbesondere gegenüber einer stoffschlüssigen Verbindung ein zerstörungsfreies Lösen der jeweiligen Verbindung bewirkt werden, wodurch eine vereinfachte Instandhaltung und/oder Reparatur der Kühleinheit gewährleistet werden kann. Die jeweiligen kraft- und/oder formschlüssigen Verbindungen können in diesem Zusammenhang z. B. als Schrauben- und/oder Nietverbindungen ausgeführt sein.In a further advantageous development of the invention, a connection is formed in each case between the base box and intermediate plate, intermediate plate and cover body and cover body and power component, at least one - or all - of these connections being a non-positive and / or positive connection. In this way, in particular in relation to a cohesive connection, a non-destructive loosening of the respective connection can be effected, as a result of which simplified maintenance and / or repair of the cooling unit can be ensured. The respective non-positive and / or positive connections can in this connection, for. B. be designed as screw and / or rivet connections.

Eine vielversprechende Ausführungsform der Kühleinheit ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen Leistungsbauteil und Deckkörper durch Anordnung des Leistungsbauteils über zumindest ein Feststellelement am Deckkörper verwirklicht ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass jedes Feststellelement selbst über einen Kraft- und/oder Formschluss, beispielsweise eine Schraubenverbindung, an dem Deckkörper befestigt ist. Denkbar ist somit eine Klemmung jedes Leistungsbauteils am Deckkörper über wenigstens ein, bevorzugt zwei Feststellelemente, wobei diese im Allgemeinen beispielsweise als Klemmstein ausgebildet sein können.A promising embodiment of the cooling unit is further characterized in that the non-positive and / or positive connection between the power component and cover body is realized by arranging the power component via at least one locking element on the cover body. In this case, it can be provided that each locking element itself is fastened to the cover body via a force and / or positive connection, for example a screw connection. It is thus conceivable for each power component to be clamped to the cover body via at least one, preferably two, locking elements, these generally being able to be designed, for example, as a clamping block.

In bevorzugter Ausgestaltung der Kühleinheit sind Sockelkasten, Zwischenplatte und Deckkörper über ein stoffschlüssiges Verfahren miteinander verbunden, wohingegen zwischen Deckkörper und jedem Leistungsbauteil eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung vorliegt. Diese kraft- und/oder formschlüssige Verbindung wird hierbei besonders bevorzugt durch Anordnung jedes Leistungsbauteils mittels des Feststellelements am Deckkörper verwirklicht.In a preferred embodiment of the cooling unit, the base box, intermediate plate and cover body are connected to one another by means of an integral process, whereas there is a non-positive and / or positive connection between the cover body and each power component. This non-positive and / or positive connection is particularly preferably achieved by arranging each power component by means of the locking element on the cover body.

Darüber hinaus stellt sich eine Weiterbildung der Erfindung als vielversprechend dar, wenn zur Abdichtung von Sockelkasten gegenüber Zwischenplatte, Zwischenplatte gegenüber Deckkörper und/oder Deckkörper gegenüber jedem Leistungsbauteil Dichtelemente angeordnet sind. Hierfür wäre in zumindest einem, bevorzugt beiden jeweils aneinander angrenzenden Komponenten, somit Sockelkasten und Zwischenplatte, Zwischenplatte und Deckkörper und/oder Deckkörper und jedem Leistungsbauteil jeweils Nuten zur Aufnahme der Dichtelemente vorzusehen. Die Dichtelemente müssten entsprechend in den Bereichen des jeweiligen Übergangs des Kühlmittels zwischen den Komponenten angeordnet werden, um deren Dichtfunktion weitgehend sicherzustellen. So wären beispielsweise Dichtungen um den Vorlauf und Rücklauf des Sockelkastens sowie beidseitig jeder der Kühlöffnungen zwischen Deckkörper und Zwischenplatte als auch zwischen Deckkörper und jedem Leistungsbauteil anzuordnen, sodass kein Kühlmittel in die Zwischenräume oder Fugen zwischen den jeweilig aneinander angrenzenden Komponenten eindringt.In addition, a further development of the invention is very promising if sealing elements are arranged to seal the base box from the intermediate plate, intermediate plate from the cover body and / or cover body from each power component. For this purpose, grooves for receiving the sealing elements would have to be provided in at least one, preferably both, respectively adjacent components, thus base box and intermediate plate, intermediate plate and cover body and / or cover body and each power component. The sealing elements would have to be arranged accordingly in the areas of the respective transition of the coolant between the components in order to largely ensure their sealing function. For example, seals would have to be arranged around the flow and return of the base box and on both sides of each of the cooling openings between the cover body and intermediate plate and between the cover body and each power component, so that no coolant penetrates into the gaps or joints between the respective adjacent components.

Günstig ist es zudem, wenn in jeder Kühlöffnung des Deckkörpers randseitig ein umlaufend anliegendes Dichtelement angeordnet ist, wobei das Dichtelement beidseitig der Kühlöffnung mit Deckkörper sowie Leistungsbauteil Dichtflächen ausbildet, sodass in die Fugen zwischen Leistungsbauteil und Deckkörper sowie Deckkörper und Zwischenplatte kein Kühlmittel eindringen kann. Das Dichtelement dichtet somit die Kühlmittelöffnung respektive Übergangsbereiche des Kühlmittels zwischen Deckkörper und Leistungsbauteil sowie Deckkörper und Zwischenplatte beidseitig der Kühlöffnung ab. Hierbei sollte das Dichtelement, z. B. ein O-Ring oder eine Profildichtung, eine Stauchung von ca. 20 % bis 30 % erfahren, um die Dichtwirkung sicherzustellen. Die Höhe der Stauchung respektive Vorspannung hängt hierbei von den Auslegungskriterien des Dichtelements ab. Hierbei kann die Stauchung respektive Vorspannung des Dichtelements bedingt durch die Anlage am Leistungsbauteil sowie der Zwischenplatte und einer stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbindung des Leistungsbauteils am Deckkörper erfolgen.It is also advantageous if a circumferential sealing element is arranged in the edge of each cooling opening of the cover body, the sealing element forming sealing surfaces on both sides of the cooling opening with cover body and power component, so that no coolant can penetrate into the joints between the power component and cover body, as well as the cover body and intermediate plate. The sealing element thus seals the coolant opening or transition areas of the coolant between cover body and power component and cover body and intermediate plate on both sides of the cooling opening. Here, the sealing element, for. B. an O-ring or a profile seal, experience a compression of about 20% to 30% to ensure the sealing effect. The amount of compression or prestress depends on the design criteria of the sealing element. Here, the compression or prestressing of the sealing element can take place due to the abutment on the power component and the intermediate plate and a material and / or non-positive connection of the power component on the cover body.

Ist wenigstens ein Teil aller Dichtelemente unter Durchführung eines Spritzgussverfahrens in einem Spritzgusswerkzeug und/oder durch Auftrag einer - insbesondere aushärtenden - Dichtmasse oder auch Flüssigdichtung angeformt, so ist dies dahingehend als günstig zu betrachten, dass dadurch einerseits ein parallelisiertes Herstellungsverfahren mit beispielsweise gegenüber dem Einsetzen von Dichtelementen vereinfachter Automatisierungsmöglichkeit besteht und somit eine bessere Integration in eine Fertigungsstraße möglich ist. Parallelisiert meint hierbei, dass die angeformten Dichtelemente nicht in einem seriellen Arbeitsgang, z. B. mittels eines Roboterarms aufgetragen werden, wodurch eine deutlich geringere Taktzeit zu realisieren ist. Andererseits besteht eben die Möglichkeit, die Dichtelemente seriell durch Auftragen einer Dichtmasse respektive Flüssigdichtung anzuformen, was Investitionskosten für die bei einem Spritzguss notwendigen Spritzgussformen einsparen kann, was insbesondere bei Kleinserien vorteilhaft wäre. Die angeformten Dichtelemente sollten entsprechend aus einem thermisch formbaren Elastomer, beispielsweise Gummi, oder einem weichen - somit elastisch und/oder plastisch unter geringer mechanischer Beanspruchung verformbaren - Kunststoff bestehen.Is at least part of all sealing elements in an injection molding process in an injection molding tool and / or molded on by applying a - in particular hardening - sealing compound or liquid seal, this is to be regarded as favorable in that on the one hand there is a parallelized production process with, for example, simplified automation options compared to the use of sealing elements and thus better integration into a Production line is possible. Parallelized here means that the molded sealing elements are not in a serial operation, e.g. B. can be applied by means of a robot arm, whereby a significantly shorter cycle time can be realized. On the other hand, there is the possibility of integrally molding the sealing elements by applying a sealing compound or liquid seal, which can save investment costs for the injection molds required for an injection molding, which would be particularly advantageous in small series. The molded sealing elements should accordingly consist of a thermally formable elastomer, for example rubber, or a soft plastic, which can thus be deformed elastically and / or plastically under low mechanical stress.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind Ausführungsformen in der Zeichnung dargestellt, welche nachfolgend beschrieben werden. Die Zeichnung zeigt in

1 eine Explosionsdarstellung einer Kühleinheit;
2 einen Längsschnitt einer Kühleinheit;
3 mehrere Ansichten einer Kühleinheit;
4 eine Aufsicht auf eine Kühleinheit.

The invention permits numerous embodiments. To further clarify its basic principle, embodiments are shown in the drawing, which are described below. The drawing shows in

1 an exploded view of a cooling unit;
2nd a longitudinal section of a cooling unit;
3rd several views of a cooling unit;
4th a supervision of a cooling unit.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Kühleinheit 1 zur Kühlung der drei an der Kühleinheit 1 angeordneten Leistungsbauteile 2. Die Kühleinheit 1 weist hierbei den Sockelkasten 3 mit dem Vorlauf 4 und dem Rücklauf 5 sowie den gegenüber dem Sockelkasten 3 abschnittsweise überdeckend angeordneten Deckkörper 6 auf. Abschnittsweise überdeckend daher, da in dem Deckkörper 6 je Leistungsbauteil 2 eine Kühlöffnung 7 ausgeformt ist. Die Kühlöffnungen 7 dienen dabei der unmittelbaren Zufuhr von Kühlmittel zu den die jeweilige Kühlöffnung 7 abdeckenden Leistungsbauteilen 2. Weiterhin ist zwischen dem Sockelkasten 3 und dem Deckkörper 6 die als Blech ausgebildete Zwischenplatte 8 angeordnet, welche je Kühlöffnung 7 zwei Überströmöffnungen 9 und somit insgesamt sechs Überströmöffnungen 9 aufweist. Pro Kühlöffnung 7 ist zudem eine Überströmöffnung 9 mit dem Vorlauf 4 und eine Überströmöffnung 9 mit dem Rücklauf 5 durchströmbar verbunden, wodurch in strömungstechnischer Parallelschaltung das Kühlmittel jeweils aus dem Vorlauf 4 in den Bereich der Kühlmittelöffnung 7 und anschließend in den Rücklauf 5 übertreten und die Abwärme der jeweiligen Leistungsbauteile 2, welche hierbei als Leistungsmodule ausgebildet sind, abführen kann. Vorlauf 4 und Rücklauf 5 sind im Sockelkasten 3 als Taschen ausgeformt, wobei Vorlauf 4 und Rücklauf 5 in Längsrichtung der Kühleinheit 1 und somit des Sockelkastens 3 zueinander beabstandet nebeneinander verlaufen. Hierbei verändern sich die lichten Weiten von Vorlauf 4 und Rücklauf 5 in entgegengesetzter Weise, wobei die jeweilige lichte Weite im Bereich des Medienanschlusses 13 des Vorlaufs 4 und des Medienanschlusses 14 des Rücklaufs 5 am größten ist und sich mit zunehmendem Abstand zum jeweiligen Medienanschluss 13,14 verringert. Vorlauf 4 und Rücklauf 5 sind somit zueinander gespiegelt ausgebildet. Zur Abdichtung der Zwischenplatte 8 gegenüber dem Deckkörper 6 sowie des Deckkörpers 6 gegenüber jedem Leistungsbauteil 2 sind in der Kühleinheit 1 zudem die Dichtelemente 11 angeordnet. Überdies sind zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung der Leistungsbauteile 2 am Deckkörper 6, in Längsrichtung der Kühleinheit 1 je beidseitig der Leistungsbauelemente 2, die vier Feststellelemente 10 in Form von Klemmsteinen angeordnet, welche ihrerseits über Schrauben am Deckkörper 6 befestigt werden. 1 shows an exploded view of a cooling unit 1 for cooling the three on the cooling unit 1 arranged power components 2nd . The cooling unit 1 shows the base box 3rd with the lead 4th and the return 5 as well as the one opposite the base box 3rd covering body arranged in sections overlapping 6 on. Covering in sections, therefore, because in the cover body 6 per power component 2nd a cooling opening 7 is formed. The cooling holes 7 serve the direct supply of coolant to the respective cooling opening 7 covering power components 2nd . Furthermore, is between the base box 3rd and the cover body 6 the intermediate plate designed as sheet metal 8th arranged, which per cooling opening 7 two overflow openings 9 and thus a total of six overflow openings 9 having. Per cooling opening 7 is also an overflow opening 9 with the lead 4th and an overflow opening 9 with the return 5 flow-through connected, whereby the coolant from the flow in parallel in fluidic connection 4th in the area of the coolant opening 7 and then in the return 5 exceeded and the waste heat of the respective power components 2nd , which are designed as power modules. leader 4th and rewind 5 are in the base box 3rd shaped as pockets, taking lead 4th and rewind 5 in the longitudinal direction of the cooling unit 1 and thus the base box 3rd spaced apart from each other. Here, the clear width of the lead changes 4th and rewind 5 in the opposite way, with the respective clear width in the area of the media connection 13 of the lead 4th and the media connection 14 of the return 5 is largest and increases with increasing distance from the respective media connection 13 , 14 decreased. leader 4th and rewind 5 are thus mirrored to each other. For sealing the intermediate plate 8th opposite the cover body 6 and the cover body 6 compared to every power component 2nd are in the cooling unit 1 also the sealing elements 11 arranged. In addition, for the non-positive and / or positive connection of the power components 2nd on the cover body 6 , in the longitudinal direction of the cooling unit 1 the power components on both sides 2nd , the four locking elements 10th arranged in the form of clamps, which in turn are screwed to the cover body 6 be attached.

In 2 ist ein Längsschnitt der Kühleinheit 1 dargestellt, wobei zwischen Sockelkasten 3 und Zwischenplatte 8 sowie Zwischenplatte 8 und Deckkörper 6 eine abdichtende stoffschlüssige Verbindung ausgebildet ist. Hingegen sind zwischen dem Deckkörper 6 und den jeweiligen Leistungsbauteilen 2 kraft- und/oder formschlüssige Verbindungen ausgebildet, wobei diese durch die Anordnung der Leistungsbauteile 2 über die Feststellelemente 10 am Deckkörper 6 verwirklicht sind. Hierbei ist weiterhin in jeder Kühlöffnung 7 des Deckkörpers 6 randseitig ein umlaufend anliegendes Dichtelement 11 angeordnet, wobei das jeweilige Dichtelement 11 beidseitig der Kühlöffnung 7 mit Deckkörper 6 sowie Leistungsbauteil 2 die Dichtflächen 12 ausbildet.In 2nd is a longitudinal section of the cooling unit 1 shown, being between plinth box 3rd and intermediate plate 8th and intermediate plate 8th and cover body 6 a sealing material connection is formed. In contrast, are between the cover body 6 and the respective power components 2nd non-positive and / or positive connections formed, these by the arrangement of the power components 2nd about the locking elements 10th on the cover body 6 are realized. This is still in every cooling opening 7 of the cover body 6 a circumferential sealing element on the edge 11 arranged, the respective sealing element 11 on both sides of the cooling opening 7 with cover body 6 and power component 2nd the sealing surfaces 12th trains.

3 sind weiterhin mehrere Ansichten der Kühleinheit 1 zu entnehmen, an welcher zur Abfuhr von Abwärme die drei Leistungsbauteile 2 über die Feststellelemente 10 angeordnet sind. Hierbei weist die Kühleinheit 1 erneut den Aufbau aus Sockelkasten 3, Zwischenplatte 8 und Deckkörper 6 auf. 3rd are still several views of the cooling unit 1 can be seen on which the three power components for the removal of waste heat 2nd about the locking elements 10th are arranged. Here, the cooling unit 1 the plinth box again 3rd , Intermediate plate 8th and cover body 6 on.

4 zeigt eine Aufsicht auf eine Kühleinheit 1, wobei an der Kühleinheit 1 wiederum drei Leistungsbauteile 2 angeordnet sind. Hierbei sind jedoch zwischen Deckkörper 6 und den Leistungsbauteilen 2 abdichtende stoffschlüssige Verbindungen in Form von Schweißverbindungen 15 ausgebildet. 4th shows a top view of a cooling unit 1 , being on the cooling unit 1 again three power components 2nd are arranged. Here, however, are between cover bodies 6 and the power components 2nd sealing material connections in the form of welded connections 15 educated.

Bezugszeichenliste Reference list

11: KühleinheitCooling unit
22nd: LeistungsbauteilPower component
33rd: SockelkastenPlinth box
44th: Vorlaufleader
55: Rücklauf Rewind
66: DeckkörperCover body
77: KühlöffnungCooling opening
88th: ZwischenplatteIntermediate plate
99: ÜberströmöffnungOverflow opening
1010th: Feststellelement Locking element
1111: DichtelementSealing element
1212th: DichtflächeSealing surface
1313: MedienanschlussMedia connection
1414: MedienanschlussMedia connection
1515: SchweißverbindungWelded joint

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102005048100 A1 [0004]
DE 10038178 A1 [0005]

Claims

Cooling unit (1) for dissipating waste heat from at least one power component (2), the cooling unit (1) comprising a base box (3) with a flow (4) and a return line (5) as well as a section covering the base box (3) Cover body (6) and in the cover body (6) per power component (2) has a cooling opening (7) for the direct supply of coolant to which the cooling opening (7) is formed covering the cooling unit (1) arranged power component (2), thereby characterized in that an intermediate plate (8) is arranged between the base box (3) and the cover body (6).

Cooling unit (1) after Claim 1 , characterized in that the intermediate plate (8) is a unwound sheet and / or the sheet has a surface quality which enables sealing without post-processing.

Cooling unit (1) according to the Claims 1 or 2nd , characterized in that the intermediate plate (8) has an average roughness depth Rz of at most 10 microns.

Cooling unit (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least two overflow openings (9) are formed in the intermediate plate (8) for each cooling opening (7), of which at least one overflow opening (9) each with the flow (4) , on the other hand connected to the return (5) so that it can flow through.

Cooling unit (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that a connection is formed in each case between the base box (3) and intermediate plate (8), intermediate plate (8) and cover body (6) as well as cover body (6) and power component (2) and at least one of these connections is a sealing material connection.

Cooling unit (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that a connection is formed in each case between the base box (3) and intermediate plate (8), intermediate plate (8) and cover body (6) as well as cover body (6) and power component (2) and at least one of these connections is a non-positive and / or positive connection.

Cooling unit (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the non-positive and / or positive connection between the power component (2) and cover body (6) by arranging the power component (2) via at least one locking element (10) on the cover body ( 6) is realized.

Cooling unit (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that for sealing the base box (3) against the intermediate plate (8), intermediate plate (8) against the cover body (6) and / or cover body (6) against each power component (2) Sealing elements (11) are arranged

Cooling unit (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that in each cooling opening (7) of the cover body (6) a circumferential sealing element (11) is arranged on the edge, the sealing element (11) on both sides of the cooling opening (7) Cover body (6) and power component (2) forms sealing surfaces (12).

Cooling unit (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least some of all sealing elements (11) are molded on by carrying out an injection molding process in an injection molding tool and / or by applying a sealing compound.