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Die Erfindung beschreibt eine Flüssigkeitskühleinrichtung mit einem eine Planfläche zur Anordnung einer Leistungshalbleitereinrichtung aufweisenden Hauptkörper, wobei dieser Hauptkörper eine erste Stirnseite und einer dieser ersten gegenüberliegende zweite Stirnseite aufweist. Die Flüssigkeitskühleinrichtung weist weiterhin eine Mehrzahl von, von der ersten zur zweiten Stirnseite verlaufenden, röhrenförmigen Kühlausnehmungen auf. In diesen Kühlausnehmungen sind Verwirbelungskörper angeordnet, die eine durchfließende Kühlflüssigkeit derart verwirbeln, dass die Kühlwirkung verstärkt wird.
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Die
DE 197 47 321 A1 offenbart als Stand der Technik einen Flüssigkeitskühler für Leistungshalbleiterbauelemente mit einem metallischen, die Wärme gut leitendem Kühlkörper, der mehrere Röhren zur Aufnahme von flüssigen Kühlmedien besitzt, vorgestellt, der in jeder Röhre positioniert eine Spirale aufweist, deren Außenabmessungen der Windungen gleich groß ist, wie der lichte Durchmesser der Röhren. Durch den Einbau von Spiralen in die für das Durchströmen der Kühlmedien eingebrachten Röhren der Flüssigkeitskühler wird eine Reduzierung des thermischen Widerstandes um etwa die Hälfte gegenüber gleichartigen Kühleinrichtungen ohne eingesetzte Spiralen erreicht.
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In Kenntnis des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Flüssigkeitskühleinrichtung derart weiterzubilden, dass eine sichere und dennoch einfach herstellbare Verdrehsicherung der Verwirbelungskörper ausgebildet wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Flüssigkeitskühleinrichtung mit einem eine Planfläche zur Anordnung einer Leistungshalbleitereinrichtung aufweisenden Hauptkörper, wobei dieser Hauptkörper eine erste Stirnseite und einer dieser ersten gegenüberliegende zweite Stirnseite aufweist, mit einer Mehrzahl von, von der ersten zur zweiten Stirnseite verlaufenden, röhrenförmigen Kühlausnehmungen, mit einem ersten Verwirbelungskörper angeordnet in einer zugeordneten Kühlausnehmung, wobei der Verwirbelungskörper einen innerhalb der zugeordneten Kühlausnehmung angeordnetem Wirkabschnitt und einen Arretierabschnitt aufweist, wobei der Arretierabschnitt mit einem Arretiergegenlager und oder mit einem weiteren Verwirbelungskörper zusammenwirkt und damit ein Verdrehen des Wirkabschnitts in der zugeordneten Ausnehmung verhindert.
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Hierbei kann selbstverständlich der Arretierabschnitt den ersten und zweiten Verwirbelungskörper verbinden und gleichzeitig in einem Arretiergegenlager angeordnet sein.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn der Arretierabschnitt ausgebildet ist als ein erster gerader oder abgewinkelter Stiftabschnitt, der in einer Arretierausnehmung, die das Arretiergegenlager ausbildet, angeordnet ist. Hierbei kann zudem die Arretierausnehmung an der ersten Stirnseite des Hauptkörpers oder in einer Gegenseite eines ersten Sammelkörpers ausgebildet sein, wobei der erste Sammelkörper mit seiner Gegenseite auf der ersten Stirnseite angeordnet ist. Dabei kann die Arretierausnehmung einen Abschnitt aufweisen, der parallel zur ersten Stirnseite verläuft und vorzugsweise einen weiteren Abschnitt, der senkrecht dazu verläuft.
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Es kann demgegenüber auch vorteilhaft sein, wenn die Arretierausnehmung als, insbesondere zusätzliche, vertiefende Ausnehmung der zugeordneten Kühlausnehmung ausgebildet ist. Hierbei kann diese vertiefende Ausnehmung bevorzugt nur in einem Teilabschnitt der Kühlausnehmung ausgebildet sein.
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Speziell kann es bevorzugt sein, wenn die jeweiligen Arretierabschnitte des ersten und weiteren, vorzugsweise in benachbarten Kühlausnehmungen angeordneten, Verwirbelungskörper als ein, beide Verwirbelungskörper verbindender, zweiter, gerade oder gekrümmt ausgebildeter, Verbindungsstiftabschnitt ausgebildet ist.
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Grundsätzlich kann es bevorzugt sein, wenn die Kühlausnehmungen parallel zur Planfläche verlaufen.
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Es kann weiterhin bevorzugt sein, wenn die Kühlausnehmungen einen runden Querschnitt aufweist und hierbei insbesondere eine glatte Oberfläche oder eine Oberfläche mit einer Mehrzahl radial zum Mittelpunkt reichender Zapfen oder ein radiales Kerbzahnprofil aufweist. Hierbei kann ein Zapfen oder eine Kerbe des Kerbzahnprofils selbst das Arretiergegenlager ausbilden.
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Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der Wirkabschnitt des Verwirbelungskörpers helixförmig ausgebildet ist. Hier kann die Zentralachse des Verwirbelungskörpers mit der Zentralachse der zugeordneten Kühlausnehmung zusammenfallen. Auch können gleichzeitig oder alternativ jeweils benachbarte Verwirbelungskörper Wirkabschnitte eine unterschiedliche Drehrichtung, rechts- oder linksdrehend, der Helix aufweisen.
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Im Grunde ist es vorteilhaft, wenn der Außendurchmesser des Wirkabschnitts dem freien Durchmesser der Kühlausnehmung entspricht.
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Selbstverständlich können, sofern dies nicht explizit oder per se ausgeschlossen ist oder dem Gedanken der Erfindung widerspricht, die jeweils im Singular genannten Merkmale mehrfach in der erfindungsgemäßen Flüssigkeitskühleinrichtung vorhanden sein.
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Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend und im Folgenden genannten und erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 6 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, oder von jeweiligen Teilen hiervon.
- 1 und 2 zeigen in dreidimensionaler Ansicht eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitskühleinrichtung.
- 3 zeigt die zwei zur ersten Flüssigkeitskühleinrichtung gehörigen Verwirbelungskörper.
- 4 zeigt zwei Ansichten eines Ausschnitts einer zweiten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitskühleinrichtung.
- 5 zeigt zwei Ansichten eines Ausschnitts einer dritten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitskühleinrichtung.
- 6 zeigt eine modifizierte Ausgestaltung dieser dritten Ausgestaltung.
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1 und 2 zeigen in dreidimensionaler Ansicht eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitskühleinrichtung 1. Diese Flüssigkeitskühleinrichtung 1 weist eine Planfläche 20 zur Anordnung einer Mehrzahl von Leistungshalbleitereinrichtung, beispielhaft Halbbrücken-Leistungshalbleitermodulen, auf. Diese Planfläche 20 bildet eine Hauptfläche eines Hauptkörpers 2 der Flüssigkeitskühleinrichtung 1 aus. Senkrecht zu dieser Planfläche 20 ist hier auf der ersten Schmalseite des Hauptkörpers 2 eine erste Stirnseite 22 und dieser parallel gegenüber einer zweiten Stirnseite, angeordnet ist.
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Der Hauptkörper 20 weist weiterhin eine Mehrzahl von röhrenförmigen Kühlausnehmungen 3 auf. Diese verlaufen von der ersten zur zweiten Stirnseite 22 und sind parallel zur Planfläche 20 ausgerichtet. Die Grundform des Querschnittes dieser Kühlausnehmungen 3 ist und rund, wobei sie in dieser Ausgestaltung ein radiales Kerbzahnprofil 36 aufweisen.
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Wie grundsätzlich aus dem Stand der Technik bereits bekannt, ist in jeder der Kühlausnehmungen 3 ein erster Verwirbelungskörper 4 angeordnet, der einen Wirkabschnitt 42 aufweist, der helixförmig ausgebildet ist. Die Zentralachse 400 des ersten Verwirbelungskörpers 4 fällt hier mit der Zentralachse 300 der zugeordneten Kühlausnehmung 3 zusammen. Gleichzeitig ist der Durchmesser des Wirkabschnitts 42 so gewählt, dass er dem freien Durchmesser der Kühlausnehmung 3 entspricht. Der Wirkabschnitt 42 liegt also radial an den in den Innenbereich der Kühlausnehmung 3 hineinstehenden Enden der Kerbzähne an.
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Der erste Verwirbelungskörper 4 und insbesondere dessen Wirkabschnitt 42 sind aus einem metallischen Material ausgebildet, das idealeres das gleiche ist wie dasjenige des Hauptkörpers 2 der Flüssigkeitskühleinrichtung 1. Bei dieser Ausgestaltung besteht der Hauptkörper 2 aus Aluminium und der erste Verwirbelungskörper 4 ebenfalls aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit mindestens 60% Aluminiumanteil.
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Das Material des helixförmigen Wirkabschnitt 42 weist hierbei einen runden, ovalen oder bevorzugt rechteckigen Querschnitt auf. Der Wirkabschnitt 42 dient dazu durch die Kühlausnehmung 3 fließenden Kühlflüssigkeit zu verwirbeln, also eine laminare Strömung zu verhindern, wodurch der Wärmeübergang vom Hauptkörper 2 auf die Kühlflüssigkeit verbessert wird.
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In der praktischen Anwendung ergeben sich durch fertigungstechnisch bedingte Anforderungen Schwingungen oder noch kritischer Verdrehungen des Wirkabschnitts 42 in der Kühlausnehmung 3. Dies wird erfindungsgemäß durch die bevorzugt einstückige Weiterbildung des ersten Verwirbelungskörpers 4 erreicht, der zusätzlich zum Wirkabschnitt 42 durch einen, vorzugsweise bereits bei der Herstellung des ersten Verwirbelungskörpers 4 ausgebildeten, Arretierabschnitt 44 ergänzt wird.
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Bei dieser ersten Ausgestaltung wird der Arretierabschnitt 44 durch einen Verbindungsstiftabschnitt 446 zwischen einem ersten Verwirbelungskörpers 4 und einem weiteren Verwirbelungskörper 5 ausgebildet. Beide Verwirbelungskörper 4,5 wirken somit über den Arretierabschnitt 44 zusammen und verhindern ein Verdrehen des jeweiligen Wirkabschnitts 42 in der zugeordneten Kühlausnehmung 3. Zudem weist hier der Wirkabschnitt 42 des Verwirbelungskörpers 4 einen helixförmigen Verlauf mit einer ersten, hier, in negative z-Richtung betrachtet, linksdrehenden, Drehrichtung der Helix auf, während der Wirkabschnitt des weiteren Verwirbelungskörpers 5 einen helixförmigen Verlauf mit einer zweiten, hier, in negative z-Richtung betrachtet, rechtsdrehenden Drehrichtung der Helix aufweist.
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Weiterhin dargestellt sind zwei Sammelkörper 6,7 der Flüssigkeitskühleinrichtung 1, die jeweils einen Kühflüssigkeitszu- oder -ablauf und eine Sammelausnehmung aufzuweisen. Beispielhaft fließt durch den Zulauf des ersten Sammelkörpers 6 Kühlflüssigkeit in dessen Sammelausnehmung und von dieser in die jeweiligen Kühlausnehmungen 3. Die Kühlflüssigkeit tritt aus den jeweiligen Kühlausnehmungen 3 in die Sammelausnehmung des zweiten Sammelkörpers 7 aus und fließ von dort durch den Kühlflüssigkeitsablauf wieder aus der Flüssigkeitskühleinrichtung 1 hinaus. Hierzu ist der erste Sammelkörper 6 mit seiner Gegenseite 62 auf der ersten Stirnseite 22 des Hauptkörpers 2 und der zweite Sammelkörper 7 mit seiner Gegenseite 62 auf der zweiten Stirnseite des Hauptkörpers 2 angeordnet.
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3 zeigt die zwei zur Flüssigkeitskühleinrichtung 1 gehörigen Verwirbelungskörper 4,5 sowie deren Verbindungsstiftabschnitt 446.
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4 zeigt zwei Ansichten eines Ausschnitts einer zweiten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitskühleinrichtung 1, wobei jeweils ein Ausschnitt des Hauptkörpers 2 und ein in einer Kühlausnehmung 3 mit kreisförmigem Querschnitt angeordneter erster Verwirbelungskörpers 4 dargestellt sind.
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Hierbei ist tangential ausgehend von der Kühlausnehmung 3 in der Oberfläche der Stirnseite 22 eine grabenartige Ausnehmung, die hier eine Arretierausnehmung 240 als Ausgestaltung des Arretiergegenlager 24 ausbildet, angeordnet, die in einer zusätzlichen Vertiefung des Grabens endet.
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An den Wirkabschnitt 42 des Verwirbelungskörpers 4 schließt sich einstückig und tangential zur Mittelachse der Arretierabschnitt 44, der hier L-förmig ausgestalte ist, an. Hierbei verläuft der erste Schenkel, ein Abschnitt 242, des „L“ parallel zur Stirnseite und der zweite Schenkel des „L“ senkrecht hierzu und in Richtung des Wirkabschnitts 42, hier also in negative z-Richtung.
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In dieser Arretierausnehmung 240 ist dieser, hier L-förmige, Arretierabschnitt 44 des Verwirbelungskörpers 4 angeordnet, wobei das abgewinkelte Ende des Arretierabschnitts 44 in der zusätzlichen Vertiefung 244 angeordnet ist. Der gesamte erste Verwirbelungskörper 4 steht somit nicht aus der Stirnseite 22, also in z-Richtung, des Hauptkörpers 2 der Flüssigkeitskühleinrichtung 1 hervor.
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Durch die Anordnung des Arretierabschnitts 44 mit dem Arretiergegenlager 24 wird ein Verdrehen des Wirkabschnitts 42 in der zugeordneten Kühlausnehmung 3 verhindert.
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5 zeigt zwei Ansichten eines Ausschnitts einer dritten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitskühleinrichtung 1, wobei wiederum jeweils ein Ausschnitt des Hauptkörpers 20 und ein in einer Kühlausnehmung 3 angeordneter Verwirbelungskörpers 4 dargestellt sind.
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Die Kühlausnehmung 3 weist hierbei wiederum einen im Grunde kreisförmigen Querschnitt auf. In diesem kreisförmigen Querschnitt ist allerdings eine zusätzliche vertiefende Ausnehmung, also ein Graben, angeordnet, der sich radial nach außen erstreckt und der eine Arretierausnehmung 340 als Ausgestaltung des Arretiergegenlager 34 ausbildet. Dieser Graben reicht von der ersten Stirnseite 22 ausgehend in einem Teilabschnitt in die Kühlausnehmung 3 hinein.
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An den Wirkabschnitt 42 des ersten Verwirbelungskörpers 4 schließt sich einstückig und radial zur Mittelachse der Arretierabschnitt 44, der hier L-förmig ausgestalte ist, an. Hierbei verläuft der erste Schenkel des „L“ parallel zur Stirnseite 20 und der zweite Schenkel des „L“ senkrecht hierzu und in Richtung des Wirkabschnitts 42, hier also in negative z-Richtung.
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Der Arretierabschnitt 44, genauer dessen zweiter Schenkel, ist in der Arretierausnehmung 340 und damit in der Kühlausnehmung 3 selbst angeordnet. Der gesamte erste Verwirbelungskörper 4 steht somit nicht aus der Stirnseite 22, also in z-Richtung, des Hauptkörpers 2 der Flüssigkeitskühleinrichtung 1 hervor.
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6 zeigt eine modifizierte Ausgestaltung dieser dritten Ausgestaltung. Die Kühlausnehmung 3 weist hierbei ein radiales Kerbzahnprofil 36 auf, bei dem einer der Vertiefungen stärker ausgeprägt ist und somit gleichzeitig die Arretierausnehmung 340 ausbildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flüssigkeitskühleinrichtung
- 2
- Hauptkörper
- 20
- Planfläche
- 22
- erste Stirnseite
- 24
- Arretiergegenlager
- 240
- Arretierausnehmung
- 242
- Abschnitt von 240
- 244
- zusätzlichen Vertiefung von 240
- 3
- Kühlausnehmung
- 34
- Arretiergegenlager
- 36
- Kerbzahnprofil
- 300
- Zentralachse
- 340
- Arretierausnehmung
- 4
- erster Verwirbelungskörper
- 42
- Wirkabschnitt
- 44
- Arretierabschnitt
- 400
- Zentralachse
- 440
- abgewinkelter Stiftabschnitt
- 446
- Verbindungsstiftabschnitt
- 5
- weiterer Verwirbelungskörper
- 6
- erster Sammelkörper
- 62
- Gegenseite
- 7
- zweiter Sammelkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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