-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronikanordnung und ein HL-Schaltgerät mit einer Elektronikanordnung.
-
Die größte Wärmequelle in einem HL-Schaltgerät stellen die darin verbauten Leistungshalbleiter dar (HL = Halbleiter). Die im Dauerbetrieb bzw. im Motoranlauf von den Leistungshalbleitern freigesetzte thermische Energie ist maßgeblich für die Auslegung von elektronischen und mechanischen Bauteilen sowie für die Klassifizierung der Einsatzbedingungen wie Nennstrom, Anlaufstrom und maximal zulässige Umgebungstemperatur. Um die in einem HL-Schaltgerät entstehende Wärme abzuführen, reicht bei niedrigen Strömen in der Regel eine Wärmeabfuhr durch freie Konvektion aus; bei höheren Strömen wird oft ein Lüfter nötig, damit durch erzwungene Konvektion eine höhere Wärmeabfuhr erreicht wird.
-
Bei höheren Strömen können außerdem Kühlkörper, die meist aus einem Metall wie Aluminium gefertigt sind, notwendig werden. Ein solcher Kühlkörper wird in einer Weise an einem Leistungshalbleiter angeordnet, dass Wärmeleitung von dem Leistungshalbleiter zu dem Kühlkörper möglich ist. Je nach Bauart der Kühlkörper können sich daraus ein oder mehrere folgender Nachteile ergeben:
- - Der Kühlkörper kann einen so hohen Raumbedarf haben, dass die Abmessungen des HL-Schaltgeräts unerwünscht groß werden.
- - Der Kühlkörper kann eine Wärmeabfuhr über die Leiterplatte verursachen, die sich ungünstig auf andere elektronische Bauteile des HL-Schaltgeräts auswirkt.
- - Durch den Kühlkörper kann es zu einer Verwirbelung des von dem Lüfter erzeugten Luftstroms kommen. Eine solche turbulente Strömung entlang dem Kühlkörper stellt aber eine unzureichende Luftführung dar, so dass es zu einer ungenügenden Entwärmung der vom Lüfter am weitesten entfernten Wärmequellen des HL-Schaltgeräts kommt.
- - Der Kühlkörper kann zu einer asymmetrischen Entwärmung des HL-Schaltgeräts, mit einer warmen und einer kalten Seite, führen.
-
US 5 828 549 A (Gandre et al.) 27.10.1998 beschreibt eine Elektronikanordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
US2011/0292611A1 (Higuchi et al.) 01.12.2011 beschreibt mehrere Kühlkörper, die unter Einhaltung eines Zwischenraums nebeneinander angeordnet sind, wobei in den Zwischenräumen jeweils ein elektrisch isolierendes Abdichtelement angeordnet ist.
-
DE 11 2016 003 428 B4 (Fuji Electric Co., Ltd.) 13.10.2022 beschreibt einen auf einer Leiterplatte befestigten Kühlkörper mit einem darin ausgebildeten Luftkanal und einem in Strömungsrichtung davor angeordneten Lüfter. An einer Außenseite des Kühlkörpers liegen THT-Bauelemente an, deren Anschluss-Pins in der Leiterplatte befestigt sind.
-
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte Wärmeabfuhr aus einem Halbleiterschaltgerät.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektronikanordnung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Die Elektronikanordnung weist eine Leiterplatte, engl.: Printed Circuit Board (= PCB), auf. Die Leiterplatte kann Kontaktlöcher aufweisen, die zur Aufnahme von Anschluss-Pins von Elektronik-Bauelementen geeignet sind. Die Kontaktlöcher sind dabei Durchgangslöcher, die quer zur Ebene der Leiterplatte verlaufen. Die Elektronikanordnung weist zwei oder mehr auf der Leiterplatte angeordnete Kühlkörper auf. Die Kühlkörper bestehen aus einem wärmeleitenden Material. Dabei kann es sich um ein metallisches Material handeln, vorzugsweise ein einfach zu bearbeitendes und relativ leichtes Metall wie Aluminium. Die Kühlkörper können aber auch einem nicht-metallischen Material, z. B. einem wärmeleitenden Polymer, bestehen, vorzugsweise einem Polymer mit Zusatzstoffen, welche die Wärmeleitfähigkeit des Polymers erhöhen. Die Kühlkörper weisen jeweils einen geraden Luftkanalabschnitt auf, der von einer Lufteintrittsöffnung des Kühlkörpers zu einer Luftaustrittsöffnung des Kühlkörpers führt. Dabei sind die Kühlkörper durch Zwischenräume jeweils voneinander beabstandet und derart in einer Reihe hintereinander angeordnet, dass ihre Luftkanalabschnitte in einer geraden Linie liegen und auf diese Weise einen gemeinsamen Luftkanal ausbilden.
-
Die Elektronikanordnung weist THT-Bauelemente auf. Bei Leistungshalbleitern unterscheidet man zwischen SMD- und THT-Bauelementen (SMD = surface-mounted device). THT-Bauelemente, z. B. THT-MOSFETs, stehen auf der Leiterplatte, d. h. der Körper eines THT-Bauelements steht senkrecht von der Leiterplatte ab. Demgegenüber werden SMD-Bauelemente, z. B. SMD-MOSFETs, liegend auf der Leiterplatte verbaut, weshalb sie deutlich weniger Bauraum in der Höhe, d. h. in der Richtung senkrecht zur Leiterplatte, benötigen als THT-Bauelemente. Die Wärmeabgabe von SMD-Bauelementen erfolgt in der Regel über die Leiterplatte; bei THT-Bauelementen dagegen kann die Wärmeabgabe direkt in einen neben dem THT-Bauelement angeordneten Kühlkörper erfolgen, wodurch die Wärmeabgabe in der Regel effektiver erfolgt als mit SMD-Bauelementen. Insbesondere in Anwendungsfällen mit höheren Strömen, bei denen im elektronischen Bauelement eine hohe Verlustwärme anfällt und für einen problemlosen Betrieb des elektronischen Bauelements also eine effektive Wärmeabgabe gewährleistet sein muss, werden daher THT- Bauelemente verwendet. Ein THT-Bauelement kann ein plattenförmiges Gehäuse aufweisen. Das Gehäuse kann aus einem elektrisch isolierenden Material wie einem Polymer bzw. einem Kunststoff bestehen. Das Gehäuse kann eine Vorderseite, eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite sowie Schmalseiten aufweisen, welche die Vorderseite und die Rückseite miteinander verbinden. Ein THT-Bauelement weist außerdem Anschluss-Pins auf, die aus einer der Schmalseiten herausragen können.
-
Die THT-Bauelemente können mit einer Außenseite jeweils an einer Außenoberfläche eines der Kühlkörper anliegen (THT = through-hole technology). Dabei sind die Anschluss-Pins der THT-Bauelemente in der Leiterplatte befestigt. Die Elektronikanordnung weist einen Lüfter auf, der so angeordnet ist, dass ein von ihm erzeugter Luftstrom in die Lufteintrittsöffnung desjenigen Kühlkörpers, der am Anfang der Reihe von Kühlkörpern angeordnet ist, hineingelangt und den durch die Reihe von Kühlkörpern gebildeten Luftkanal durchströmt.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Verwendung von THT-Leistungshalbleitern besserere Bedingungen für eine effektive Wärmeabgabe bietet: Dazu werden die quer zur Ebene der Leiterplatte abstehenden THT-Bauelemente mit ihren Außenseiten jeweils an einer Außenoberfläche eines Kühlkörpers anliegend angeordnet, so dass eine großflächige wärmeabführende Verbindung der THT-Bauelemente an die Kühlkörper erzielt wird.
-
Dadurch, dass nur THT-Bauelemente auf gleichem elektrischen Potential an demselben Kühlkörper anliegen und die Kühlkörper voneinander elektrisch isoliert sind, kann auf eine elektrische Isolationsfolie zwischen einem THT-Bauelement und einem Kühlkörper verzichtet werden, wodurch der Wärmeübergang von einem THT-Bauelement auf einen Kühlkörper signifikant verbessert wird.
-
Durch diese erfindungsgemäßen Merkmale kann die Leistungsfähigkeit eines HL-Schaltgeräts wesentlich erhöht werden; somit können über das HL-Schaltgerät erheblich höhere Ströme geleitet werden, ohne dass es zu einer übermäßigen Erwärmung der THT-Bauelemente kommt.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß außerdem durch ein HL-Schaltgerät mit einer Elektronikanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gelöst. Das HL-Schaltgerät kann z. B. ein elektronischer Motorstarter, ein Sanftstarter, ein elektronischer Leitungsschutzschalter oder ein Frequenzumrichter sein. Diese Aufzählung gibt nur Beispiele wieder und ist weder abschließend noch einschränkend zu sehen. Das HL-Schaltgerät kann jedes Gerät sein, welches MOSFETS, Thyristoren, IGBTs oder Dioden aufweist und gekühlt werden muss.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der minimale Abstand zwischen den Kühlkörpern so gewählt, dass abhängig von einer Potentialdifferenz zwischen zwei benachbarten Kühlkörpern eine ausreichende Überschlagfestigkeit gewährleistet ist und somit kein elektrischer Überschlag zwischen zwei benachbarten Kühlkörpern auftritt. Da die THT-Bauelemente elektrisch leitend in Kontakt mit den Kühlkörpern stehen, liegt ein elektrisch leitfähiger Kühlkörper auf dem elektrischen Potential des oder der anliegenden THT-Bauelemente. Parameter, welche die Überschlagfestigkeit von Luft beeinflussen, sind u. a. der Verschmutzungsgrad, Luftdruck, Luftfeuchte, etc. Diese Abhängigkeiten sind dem Fachmann bekannt, und er ist in der Lage, abhängig von der Potentialdifferenz zwischen zwei benachbarten Kühlkörpern einen geeigneten Abstand festzulegen. IEC60664-1 (Stand Mai 2020) definiert passende Bauteilabstände in Abhängigkeit von einer elektrischen Spannung. Dadurch, dass nur THT-Bauelemente auf gleichem elektrischen Potential an demselben Kühlkörper anliegen, in der Regel jeweils nur ein THT-Bauelement je Kühlkörper, und die Kühlkörper voneinander elektrisch isoliert sind, kann auf eine elektrische Isolationsfolie zwischen einem THT-Bauelement und einem Kühlkörper verzichtet werden, wodurch der Wärmeübergang vom THT-Bauelement auf den Kühlkörper signifikant verbessert wird: der Übergangswiderstand wird stark verringert; somit können über das HL-Schaltgerät erheblich höhere Ströme geleitet werden, ohne dass es zu einer übermäßigen Erwärmung der THT-Bauelemente kommt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die THT-Bauelemente auf den Kühlkörpern verschraubt oder mit Montageclips auf den Kühlkörpern befestigt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen mindestens einem der Kühlkörper und der Leiterplatte ein Freiraum ausgebildet, in dem mindestens ein elektronisches Bauelement angeordnet ist. Der Kühlkörper ist also in einer Weise gestaltet, daß leiterplattenseitig ein Freiraum gestaltet ist, der zusätzlich Platz für weitere elektronische Bauteile freihält.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen mindestens einem der Kühlkörper und der Leiterplatte ein Freiraum ausgebildet ist, in dem mindestens ein SMD-Bauelement angeordnet. Somit können sowohl THT-Bauelemente als auch SMD-Bauelemente nahe an den Kühlkörpern in dem HL-Schaltgerät verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Kühlkörpern, umfassend einen ersten Kühlkörper und einen zweiten Kühlkörper, jeweils mindestens ein elektrisch isolierendes Abdichtelement montiert, welches so ausgebildet ist, dass Strömungsverluste des vom Lüfter erzeugten Luftstroms im Zwischenraum zwischen dem Luftkanalabschnitt des ersten Kühlkörpers und dem Luftkanalabschnitt des zweiten Kühlkörpers zumindest reduziert werden. Die einzelnen Kühlkörper werden also mit den Abdichtelementen, d.h. mithilfe montierbarer Zwischenstücke, zu einem
über seine gesamte Länge geschlossenen Luftkanal kombiniert. Da die Abdichtelemente elektrisch isolierend sind, ist die elektrische Isolation der Kühlkörper gegeneinander weiterhin gewährleistet. Die Strömungsverluste können durch die Abdichtelemente jedoch erheblich minimiert werden, da die einströmende Luft zwangsweise bis zum Gehäuseaustritt geführt wird und keine Möglichkeit hat, den Kühlkanal über einen anderen Weg zu verlassen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht mindestens eines der Abdichtelemente aus Kunststoff. Kunststoff hat den Vorteil, dass die Abdichtelemente einfach und kostengünstig herstellbar, z. B. mit einem Spritzgussverfahren, sowie auch verlässlich elektrisch isolierend sind.
-
Gemäß der Erfindung weist der durch die Kühlkörper gebildete Luftkanal Öffnungen auf, durch die eine Betätigungswelle quer zum Luftkanal verlaufend gesteckt werden kann. Dabei kann quer zum Luftkanal mittig durch eine Öffnung eine Betätigungswelle von einer Frontplatte des HL-Schaltgeräts zu einer Montagebasis des HL-Schaltgeräts geführt werden. Dadurch wird einem Bediener eine einfache Möglichkeit der Montage/ Demontage eines Grundgerätes des HL-Schaltgeräts von einer Basiseinheit des HL-Schaltgeräts geboten. Somit kann eine bewährte Lösung zur Erfüllung der Trenner-Eigenschaften beibehalten werden. Dabei ist es möglich, dass die Öffnungen am Luftkanal durch eine spezielle Formgebung der Welle abgedichtet werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind in die Öffnungen Dichtvorrichtungen, vorzugsweise Dichtringe, eingelegt, die so ausgebildet sind, dass bei eingesteckter Betätigungswelle Strömungsverluste des vom Lüfter erzeugten Luftstroms durch die Öffnungen zumindest reduziert werden. Die Strömungsverluste können durch die Dichtvorrichtungen erheblich minimiert werden, da die einströmende Luft zwangsweise bis zum Gehäuseaustritt gelenkt wird und keine Möglichkeit hat, den Kühlkanal anderweitig zu verlassen.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnung erläutert. Es zeigt jeweils schematisch und nicht maßstabsgetreu
- 1 eine Elektronikanordnung;
- 2 ein Kühlkörper in Schrägansicht;
- 3 einen Schnitt des Kühlkörpers von 2;
- 4 einen Schnitt zweier benachbarter Kühlkörper;
- 5 einen Luftstrom durch zwei benachbarte Kühlkörper ohne ein Abdichtelement;
- 6 einen Luftstrom durch zwei benachbarte Kühlkörper mit einem Abdichtelement;
- 7 die Elektronikanordnung von 1 mit Abdichtelementen;
- 8 einen Schnitt durch ein HL-Schaltgerät quer zum Luftkanal;
- 9 einen Schnitt durch ein HL-Schaltgerät mit einer Betätigungswelle; und
- 10 eine Schrägansicht eines Kühlkörpers.
-
1 zeigt ein Elektronikanordnung 100. Die Elektronikanordnung 100 weist eine Leiterplatte 2 mit darauf angeordneten Elektronikbauteilen 12, 13 auf. Auf der Leiterplatte 2 sind außerdem sechs gleich gestaltete Kühlkörper 4 angeordnet.
-
2 zeigt eine Schrägansicht eines der sechs Kühlkörper 4. 3 zeigt den Schnitt III-III des in 2 dargestellten Kühlkörpers 4. In 2 und 3 ist erkennbar, dass die Kühlkörper 4 jeweils einen geraden kanalförmigen Luftkanalabschnitt 6 aufweisen, der von einer Lufteintrittsöffnung 6a des Kühlkörpers 4 zu einer Luftaustrittsöffnung 6b des Kühlkörpers 4 verläuft.
-
Die auf der Leiterplatte 2 angeordneten Kühlkörper 4 sind durch Zwischenräume 8 jeweils voneinander beabstandet und so in einer Reihe 40 hintereinander angeordnet, dass ihre Luftkanalabschnitte 6 auf einer geraden Linie 10 liegen; auf diese Weise bildet die Reihe 40 der einzelnen Kühlkörper 4 einen gemeinsamen Luftkanal 60 aus.
-
Der Abstand zwischen zwei benachbarten Kühlkörpern 4 ist so gewählt, dass abhängig von der Potentialdifferenz zwischen den zwei benachbarten Kühlkörpern 4 eine ausreichende Überschlagfestigkeit gewährleistet ist und somit kein elektrischer Überschlag zwischen den zwei benachbarten Kühlkörpern 4 auftritt. Parameter, welche die Überschlagfestigkeit von Luft beeinflussen, sind u. a. der Verschmutzungsgrad, Luftdruck, Luftfeuchte, etc. Diese Abhängigkeiten sind dem Fachmann bekannt, und er ist in der Lage, abhängig von der Potentialdifferenz zwischen zwei benachbarten Kühlkörpern einen geeigneten Abstand festzulegen. IEC 60664-1 (Stand Mai 2020) definiert in Tabelle F.8 passende Bauteilabstände in Abhängigkeit von einer elektrischen Spannung. Die Erfinder haben festgestellt, dass in einem spezifischen Versuchsaufbau ein Abstand von 2,4 mm zwischen zwei benachbarten Kühlkörpern bei einer Potentialdifferenz von 3 kV zwischen den zwei benachbarten Kühlkörpern ausreichend war; aufgrund möglicher Fertigungstoleranzen wurde hier der Abstand auf 3 mm festgelegt. Diese spezifischen Angaben geben nur ein Ausführungsbeispiel wieder und sind in keiner Weise einschränkend zu sehen; bei anderen Ausführungen können andere Bedingungen herrschen, die andere Abstände erforderlich machen. In jedem Fall ist aber ein Fachmann in der Lage, für einen Anwendungsfall einen Mindestabstand zwischen zwei benachbarten Kühlkörpern zu ermitteln, z. B. mithilfe der o. g. Norm.
-
Die Elektronikanordnung 100 weist THT-Bauelemente 12 auf, die mit einer ersten Außenseite jeweils an einer Außenoberfläche eines der Kühlkörper 4 anliegen; in dieser Position werden sie jeweils durch ein bügelförmiges Federelement 11 gehalten, das mit seinem einen Ende an dem Kühlkörper 4 fixiert ist und mit seinem anderen Ende auf eine der ersten Außenseite gegenüber liegende zweite Außenseite des THT-Bauelements 12 drückt. Die elektrischen Anschluss-Pins 14 der THT-Bauelemente 12 sind jeweils in der Leiterplatte 2 befestigt, wo sie in elektrischem Kontakt, z. B. durch Verlöten, mit in der Leiterplatte 2 verlaufenden Leiterstrukturen stehen.
-
Die Elektronikanordnung 100 weist außerdem einen elektrisch angetriebenen Lüfter 16 auf, der so angeordnet ist, dass ein von ihm erzeugter Luftstrom in die Lufteintrittsöffnung 6a desjenigen Kühlkörpers 4.1, der am Anfang der Reihe 40 angeordnet ist, hinein gelangt und den durch die Reihe 40 von Kühlkörpern 4 gemeinsam gebildeten Luftkanal 60 durchströmt, bis er im Wesentlichen aus der Luftaustrittsöffnung 6b desjenigen Kühlkörpers 4.6, der am Ende der Reihe 40 angeordnet ist, heraus strömt.
-
Darüber hinaus sind auf der Leiterplatte 2 noch weitere elektronische Bauelemente 13 angeordnet. Dabei können weitere elektronische Bauelemente 13, z. B. SMD-Bauelemente, auch in einem Freiraum 18 unterhalb des Luftkanals 60 angeordnet sein. 2 und 3 zeigen, dass die Frontalansicht eines Kühlkörpers 4 die Form eines A aufweist, wobei sich der Freiraum 18 zwischen Füßen 41 der Kühlkörpers und unterhalb eines quer über den Füßen 41 verlaufenden Bodenelements 42 befindet. Der Luftkanalabschnitt 6 des Kühlkörpers 4 wird von Seitenwänden 43, die sich an die Füßen 41 anschließend, dem Bodenelement 42 und einem Deckenelement 44 umschlossen.
-
2 und 3 zeigen eine Ausgestaltung eines Kühlkörpers 4, dessen Querschnitt die Form des Buchstaben „A“ aufweist. Zwei Füße 41 tragen ein Bodenelement 42, das dem Querbalken des „A“ entspricht. Auf dem Bodenelement 42 stehen zwei Seitenwände 43, die ihrerseits ein Deckenelement 44 tragen. Der Luftkanalabschnitt 6 des Kühlkörpers 4 wird von dem Bodenelement 42, den Seitenwänden 43 und dem Deckenelement 44 umschlossen. Unterhalb des Bodenelements 42 befindet sich zwischen den Füßen 41 ein Freiraum 18, in dem in dem mindestens ein elektronisches Bauelement, z.B. ein SMD-Bauelement, angeordnet sein kann.
-
4 zeigt einen Schnitt entlang der Längsachse 10 des Luftkanals 60, der durch die Luftkanalabschnitte 6 von zwei benachbarten Kühlkörpern 4, die auf einer Leiterplatte 2 angeordnet sind, gebildet ist. Es können links und/oder rechts von den beiden dargestellten Kühlkörper 4 noch weitere Kühlkörper angeordnet sein; aus Gründen der Vereinfachung werden in 4 beispielhaft lediglich zwei Kühlkörper 4 dargestellt. Zwischen den beiden Kühlkörpern 4 befindet sich ein Zwischenraum 8, der eine Breite D, gemessen entlang der Längsachse 10, aufweist. Durch diesen Zwischenraum 8 sind die beiden Kühlkörper 4 in dem Abstand D, gemessen entlang der Längsachse 10, voneinander beanstandet angeordnet.
-
5 zeigt einen von einem Lüfter 16 generierten Luftstrom 22, der durch Strömungspfeile dargestellt ist. Der Luftstrom 22 strömt durch einen Luftkanal 60, der durch Luftkanalabschnitte 6 von zwei benachbarten Kühlkörpern 4 gebildet wird. Dabei ist in dem Zwischenraum 8 der beiden Kühlkörper 4 kein Abdichtelement zum Abdichten des Luftstroms 22 angeordnet. Aus diesem Grund kann in dem Zwischenraum 8 ein Teil 24 des Luftstroms 22 aus dem Luftkanal 60 entweichen; der im Luftkanal 60 verbleibende Luftstrom 22 wird dadurch schwächer.
-
6 zeigt, ausgehend von der in 5 gezeigten Strömungssituation, den Fall, dass in dem Zwischenraum 8 der beiden Kühlkörper 4 ein Abdichtelement 20 zum Abdichten des Luftstroms 22 angeordnet ist. Dabei ist das Abdichtelement 20 so gestaltet, dass sein Querschnitt im Bereich des Luftkanals 60 den Querschnitten der sich gleichenden Kühlkörper 4 gleicht; auf diese Weise wird die Strömung des Luftstroms 22 nicht durch Vor- und/oder Rücksprünge und querschnittsverringernde Bauteile gestört, z. B. durch Erzeugen von Turbulenzen. Aufgrund des Abdichtelements 20 kann in dem Zwischenraum 8 der Luftstrom 22 nicht aus dem Luftkanal 60 entweichen; der im Luftkanal 60 strömende Luftstrom 22 bleibt also ungeschwächt.
-
7 zeigt die Elektronikanordnung von 1, wobei zusätzlich in den Zwischenräumen 8 zwischen den Kühlkörpern 4 Abdichtelemente 20 eingesetzt sind. Die Zwischenräume 8 zwischen dem ersten Kühlkörper 4.1 der Reihe 40 und dem zweiten Kühlkörper 4.2 der Reihe 40, zwischen dem zweiten Kühlkörper 4.2 der Reihe 40 und dem dritten Kühlkörper 4.3 der Reihe 40, zwischen dem vierten Kühlkörper 4.4 der Reihe 40 und dem fünften Kühlkörper 4.5 der Reihe 40 sowie zwischen dem fünften Kühlkörper 4.5 der Reihe 40 und dem letzten Kühlkörper 4.6 der Reihe 40 haben dieselbe Breite; daher sind sie mit identischen Abdichtelementen 20 abgedichtet. Der mittlere Zwischenraum 8 zwischen dem dritten Kühlkörper 4.3 der Reihe 40 und dem vierten Kühlkörper 4.4 der Reihe 40 ist aber wesentlich breiter als die restlichen Zwischenräume 8; daher wird er mit einem entsprechend breiteren Abdichtelement 20 abgedichtet, hier: gebildet durch einen Stapel von dünneren Abdichtelementen, die zusammen die Breite des mittleren Zwischenraum 8 erreichen. Dadurch, dass in den Zwischenräumen 8 zwischen den Kühlkörpern 4 Abdichtelemente 20 eingesetzt sind, hat ein von dem Lüfter 16 generierter Luftstrom beim Verlassen des Luftkanals 60, d. h. an der Luftaustrittsöffnung 6b des letzten Kühlkörpers 4.6 der Reihe 40, noch dieselbe Stärke wie beim Eintritt in den Luftkanal 60, d. h. an der Lufteintrittsöffnung 6a des ersten Kühlkörpers 4.1. Die Kühlwirkung des Luftstroms ist also ungeschwächt.
-
8 zeigt einen Schnitt durch ein quaderförmiges Gehäuse 202 eines HL-Schaltgeräts 200, wobei die Schnittebene quer zu einem Luftkanal 60 verläuft, der sich im Inneren des Gehäuses 202 erstreckt. Im Inneren des Gehäuses 202 befindet sich eine Leiterplatte 2. Der Luftkanal 60 wird durch eine Reihe 40 von Kühlkörper 4 gebildet, die in einer geraden Linie auf der Leiterplatte 2 angeordnet sind. Die Kühlkörper 4 haben im Querschnitt die Form eines Rechtecks, das zur Leiterplatte 2 hin zwei Füße 41 aufweist, mit denen der Kühlkörper 4 auf der Leiterplatte 2 aufsteht. In den rechteckigen Innenraum der Kühlkörper 4, die den gemeinsamen Luftkanal 60 bilden, ragen Kühlrippen 46 unterschiedlicher Länge hinein, die an den Innenwänden 47 des Kühlkörpers 4 angesetzt sind. An den Außenseiten der beiden Seitenwände des rechteckigen Kühlkörpers liegt jeweils ein THT-Bauelement 12 an, das durch Wärmeleitung Abwärme auf den Kühlkörper 4 überträgt. In dem Freiraum 18 zwischen den beiden Füßen 41 des Kühlkörpers 4 sind zwei SMD-Bauelemente 13 angeordnet, die auf der Leiterplatte 2 verlötet sind. Auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 2 ist noch ein weiteres elektronisches Bauelement 13 angeordnet. Im Innenraum des Gehäuses 202 ist ein Lüfter 16 angeordnet, der entlang der Längsachse 10 des Luftkanals 60 bläst.
-
9 zeigt einen Schnitt durch ein Gehäuse 202 eines HL-Schaltgeräts 200, welches eine Betätigungswelle 34 aufweist, die von einer als Bedienseite des HL-Schaltgeräts 200 fungierenden Frontseite 204 des Gehäuses 202 zu einer Rückseite 206 des Gehäuses 202 verläuft. Die Betätigungswelle 34 kann mithilfe eines Knebelgriffs 36 betätigt werden, der an einem frontseitigen Ende der Betätigungswelle 34 angeordnet ist. Die Betätigungswelle 34 durchstößt quer einen Luftkanal 60, der von einer Reihe von Kühlkörpern 4.1 bis 4.6 gebildet wird, die mit Abständen zueinander auf einer Leiterplatte 2 angeordnet sind. Dabei sind in den Zwischenräumen 8 zwischen den Kühlkörpern 4.1 bis 4.6 jeweils Abdichtelemente 20 eingesetzt, wie auch in dem Ausführungsbeispiel von 7 dargestellt ist. Die Betätigungswelle 34 durchstößt ein solches Abdichtelement 20. An den beiden Schmalseiten des Luftkanals 60 liegen an den Kühlkörpern 4.1 bis 4.6 jeweils THT-Bauelemente 12 an, die zu den ihnen benachbarten THT-Bauelementen 12 jeweils so weit beabstandet sind, dass eine ausreichende Überschlagfestigkeit gewährleistet ist. Die THT-Bauelemente 12 werden durch Befestigungselemente 70, z. B. Schrauben, jeweils an die Kühlkörper 4.1 bis 4.6 so stark angedrückt, dass ein effektiver Wärmeübergang von den THT-Bauelementen 12 auf die Kühlkörper 4.1 bis 4.6 sichergestellt ist.
-
In den beiden kreisförmigen Öffnungen 30 des Luftkanals 60, durch welche die Betätigungswelle 34 verläuft, ist jeweils ein Dichtring 32 in einem Ringspalt, der zwischen der Wandung des Luftkanals 60 und der Betätigungswelle 34 verläuft, angeordnet, um ein Entweichen des den Luftkanal 60 durchströmenden Luftstroms zu verhindern.
-
10 zeigt eine Schrägansicht eines Kühlkörpers 4 gemäß einer alternativen Ausgestaltung. Die äußere Form des Kühlkörpers 4 ähnelt der Form des in 2 dargestellten Kühlkörpers, in seinem Inneren weist der Kühlkörper 4 aber zusätzlich zwei Wandrippen 45 auf, die jeweils horizontal durch den Luftkanalabschnitt 6 des Kühlkörpers 4 von einer Seitenwand 43 zu der anderen Seitenwand 43 verlaufen. Die Wandrippen 45 unterteilen den Luftkanalabschnitt 6 in drei Zweige 6.1, 6.2, 6.3. Die Wandrippen 45 verbessern die Stabilität des Kühlkörper 4 und vergrößern die wärmeübertragende Fläche des Kühlkörpers 4, an denen Wärmeenergie vom Kühlkörper 4 durch erzwungene Konvektion an einen Luftstrom, der den Luftkanalabschnitt 6 durchströmt, übertragen werden kann. Dadurch, dass die THT-Bauelemente einer Elektronikanordnung 100 an den Außenwänden der Seitenwände 43 des Kühlkörpers 4 anliegend angeordnet sind, kann die von den THT-Bauelementen an den Kühlkörper 4 abgegebene Verlustwärme durch die an den Seitenwänden 43 angeordneten, horizontal verlaufenden Wandrippen 45 effektiv zum Luftkanalabschnitt 6 geleitet und dort an einen Luftstrom abgegeben werden.
