DE10338469A1 - Flow module has rear cool plate with cooling medium channels with inlet and outlet switching at least two channels with parallel flow - Google Patents

Flow module has rear cool plate with cooling medium channels with inlet and outlet switching at least two channels with parallel flow Download PDF

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Abstract

A flow control module (2) comprises a rear cool plate (4) to which a valve of the module is reversibly attached. The cooling plate comprises adjacent channels for cooling medium and two connections (18,20) for inlet (22) and outlet (24). Each connection switches at least two cooling channels with parallel flow.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromrichtermodul mit einer rückwärtigen Kühlplatte, auf der wenigstens ein zu kühlendes Stromrichterventil des Stromrichtermoduls lösbar befestigt ist.The Invention relates to a converter module with a rear cooling plate, on which at least one to be cooled Converter valve of the converter module is releasably attached.

Im Handel sind derartige gattungsgemäße Stromrichtermodule erhältlich. Stromrichtermodule mit einer rückwärtigen Kühlplatte werden dann von einem Kunden verlangt, wenn diese auf einen kundenspezifischen Wärmesenke montiert werden sollen. Derartige kundenspezifische Wärmesenken können Bestandteil einer größeren Anlage des Kunden sein, der die Kühlung der auf der rückwärtigen Kühlplatte montierten Stromrichterventile des Stromrichtermoduls übernehmen soll. Somit bildet die Kühlplatte eine Montageebene des Stromrichtermoduls mit der das Stromrichtermodul flächig auf einen kundenspezifischen Wärmesenke aufgeschraubt wird. Als kundenspezifische Wärmesenke kann ein Luft- oder Flüssigkeitskühlkörper vorgesehen sein.in the Generic converter modules of this type are commercially available. Converter modules with a rear cooling plate are then required by a customer if they are based on a customer-specific heat sink to be assembled. Such custom heat sinks can Part of a larger facility of the customer who is cooling the one on the back cooling plate Assemble the installed converter valves of the converter module should. The cooling plate thus forms an assembly level of the converter module with which the converter module flat on a custom heat sink is screwed on. An air or Liquid heatsink provided his.

Ein derartiges Stromrichtermodul mit einer rückwärtigen Kühlplatte kann nicht direkt an einem Kühlflüssigkeitskreislauf eines kundenspezifischen Flüssigkeits-Kühlsystem angeschlossen werden. Damit dies möglich wird, muss auf Kundenseite als Wärmesenke ein Flüssigkeitskühlkörper vorgesehen sein, auf dem dann das Stromrichtermodul mit seiner rückwärtigen Kühlplatte geschraubt werden kann. Dadurch entsteht ein weiterer thermischer Übergang. Aufgrund eines Wärmestroms durch die Kühlplatte in Richtung der Wärmesenke des Kunden tritt im Querschnitt dieser Kühlplatte eine Temperaturdifferenz auf, die eine unterschiedliche Längenausdehnung der Kühlplatte verursacht. Durch diese unterschiedliche Längenausdehnung entsteht beispielsweise ein Hohlraum zwischen Kühlplatte und der kundenspezifischen Wärmesenke. Dadurch erhöht sich der Wert dieses weiteren thermischen Übergangs. Um diesen thermischen Übergang so klein wie möglich zu halten, wird mittels mehrerer Befestigungspunkte die thermische Verformung der Kühlplatte möglichst gering gehalten.On such a converter module with a rear cooling plate can not directly on a coolant circuit a customized liquid cooling system be connected. In order for this to be possible, it must be on the customer side as a heat sink a liquid heat sink can be provided, on which the converter module with its rear cooling plate is then screwed can. This creates a further thermal transition. Because of a heat flow through the cooling plate towards the heat sink of the customer there is a temperature difference in the cross section of this cooling plate, which have a different length extension of the cooling plate caused. This difference in length creates, for example a cavity between the cooling plate and the custom heat sink. This increases the value of this further thermal transition. About this thermal transition as small as possible to keep the thermal by means of several attachment points Deformation of the cooling plate preferably kept low.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Stromrichtermodul mit einer rückwärtigen Kühlplatte derart weiterzubilden, dass dieses Stromrichtermodul direkt an einem kundenspezifischen Flüssigkeits-Kühlsystem angeschlossen werden kann.The The invention is based on the object of a known converter module with a rear cooling plate to further develop such that this converter module directly on a custom liquid cooling system can be connected.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This The object is achieved with the characterizing features of claim 1 solved.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kühlplatte eines Stromrichtermoduls wird aus dieser ein Flüssigkeitskühlkörper der direkt in einem kundenspezifischen Kühlmittel-Kühlsystem eingebracht werden kann. Dazu müssen an den vorhandenen Kühlmittelzu- und -ablauf der Anschlussmittel nur Kühlmittelschläuche angebracht werden, die mit den kundenspezifischen Kühlmittel-Kühlsystem verbunden sind. Somit entfällt beim Kunden ein weiterer thermischer Übergang und die damit verbundenen Aufwendungen um diese möglichst klein zu halten. Werden die Anschlussmittel nicht mit der Kühlplatte verbunden, so kann man weiterhin ein derartiges Stromrichtermodul wie ein handelsübliches auch auf einen kundenspezifischen Luftkühlkörper montieren, ohne dabei Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.By the inventive design of the cooling plate of a converter module, this becomes a liquid heat sink directly in a customer-specific Coolant cooling system can be introduced. To do this the existing coolant supply and drain of the connection means only coolant hoses attached that are connected to the custom coolant cooling system. Consequently deleted at the customer another thermal transition and the associated expenses to make this possible to keep small. If the connection means are not connected to the cooling plate, so you can continue such a converter module as a commercially available also mount on a customer-specific air heatsink without doing so Having to accept disadvantages.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Anschlussmittel einen die stirnseitigen Öffnungen wenigstens zweier Kühlmittelkanäle umfassenden Querkanal auf. Dadurch werden diese Kühlmittelkanäle kühlmittelmäßig parallel geschaltet. D.h., die Kühlplatte kann in Abhängigkeit der Ausgestaltung des Querkanals über seine gesamte Breite von einem Kühlmittel durchströmt werden, unabhängig davon, ob ein Kühlmittelzulauf bzw. Kühlmittelablauf oben bzw. unten stirnseitig an der Kühlplatte angebracht ist.In an advantageous embodiment the connection means has one of the end openings comprising at least two coolant channels Cross channel on. As a result, these coolant channels are connected in parallel in terms of coolant. That is, the cooling plate can be dependent the design of the transverse channel over its entire width of one coolant flows through regardless of whether a coolant inlet or Coolant drain on top or at the bottom on the front of the cooling plate is appropriate.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kühlplatte sind den Unteransprüchen 3 bis 10 zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the cooling plate according to the invention are the subclaims 3 to 10 can be seen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlplatte eines Stromrichtermoduls schematisch veranschaulicht ist.to further explanation the invention is referred to the drawing, in which an embodiment a cooling plate according to the invention of a converter module is illustrated schematically.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stromrichtermoduls mit einer erfindungsgemäßen Kühlplatte von schräg hinten in der 1 shows a perspective view of a converter module with a cooling plate according to the invention obliquely from behind in the

2 ist eine perspektivische Ansicht eines Stromrichtermoduls mit einer anschlussfertigen erfindungsgemäßen Kühlplatte von schräg vorne dargestellt und in der 2 is a perspective view of a converter module with a ready-to-connect cooling plate according to the invention shown obliquely from the front and in the

3 ist eine Explosionsdarstellung eines Anschlussmittels einer erfindungsgemäßen Kühlplatte eines Stromrichtermoduls veranschaulicht. 3 an exploded view of a connection means of a cooling plate according to the invention of a converter module is illustrated.

In der 1 ist ein Stromrichtermodul 2 mit einer rückwärtigen Kühlplatte 4, auf der wenigstens ein zu kühlendes Stromrichterventil im Innern des Stromrichtermoduls 2 lösbar befestigt ist, dargestellt. In dieser Darstellung ist vom Stromrichtermodul 2 eine Seitenwand 6 von links und eine frontseitige Abdeckung 8 erkennbar. Außerdem ist eine obere perforierte Abdeckung 10 sichtbar. Die Seitenwand 6 ist dermaßen bemessen, dass diese zur Hälfte die Tiefe der Kühlplatte 4 abdeckt. Außerdem ist diese Seitenwand 6 mit der Kühlplatte 4 lösbar verbunden. Für eine Befestigung des Stromrichtermoduls 2 an eine Montageplatte, beispielsweise eine Befestigungsplatte eines Kühlkörpers, weist diese Kühlplatte 4 zwei obere und zwei untere Befestigungsbohrungen 12 und 14 auf.In the 1 is a converter module 2 with a rear cooling plate 4 , on which at least one converter valve to be cooled inside the converter module 2 is releasably attached, shown. This illustration shows the converter module 2 a side wall 6 from the left and a front Ab cover 8th recognizable. There is also an upper perforated cover 10 visible. The side wall 6 is dimensioned so that it is half the depth of the cooling plate 4 covers. This is also the side wall 6 with the cooling plate 4 releasably connected. For fastening the converter module 2 this cooling plate has a mounting plate, for example a mounting plate of a heat sink 4 two upper and two lower mounting holes 12 and 14 on.

Erfindungsgemäß ist diese Kühlplatte 4 mit mehreren Kühlmittelkanälen 16 versehen. Diese Kühlmittelkanäle 16 verlaufen in der Kühlplatte 4 räumlich parallel zueinander. Welcher Querschnitt für diese Kühlkanäle 16 vorzusehen ist, richtet sich nach den thermischen und hydraulischen Anforderungen. Außerdem richtet sich die Form der Querschnittsfläche danach, ob die Kühlplatte 4 möglichst viele Kühlmittelkanäle 16 aufweisen soll, oder ob die thermische Kopplung zwischen den Kühlmittelkanälen 16 möglichst hoch sein soll. In der dargestellten Ausführungsform weisen diese Kühlmittelkanäle 16 jeweils eine kreisförmige Querschnittsfläche auf. In dieser Darstellung ist die erfindungsgemäße Kühlplatte 4 noch nicht anschlussfertig.According to the invention, this cooling plate 4 with multiple coolant channels 16 Mistake. These coolant channels 16 run in the cooling plate 4 spatially parallel to each other. What cross section for these cooling channels 16 to be provided depends on the thermal and hydraulic requirements. In addition, the shape of the cross-sectional area depends on whether the cooling plate 4 as many coolant channels as possible 16 should have, or whether the thermal coupling between the coolant channels 16 should be as high as possible. In the embodiment shown, these have coolant channels 16 each have a circular cross-sectional area. In this illustration, the cooling plate according to the invention 4 not yet ready for connection.

Ein Stromrichtermodul 2 mit einer anschlussfertigen Kühlplatte 4 ist in der 2 näher dargestellt. Damit die Kühlplatte 4 gemäß 1 anschlussfertig wird, sind stirnseitig jeweils ein Anschlussmittel 18 und 20 für einen Kühlmittelzu- und Ablauf 22 und 24 an der Kühlplatte 4 angebracht. Das Anschlussmittel 18 für ein Kühlmittelzulauf 22 kann auch entgegen der Darstellung an der unteren Stirnseite der Kühlplatte 4 angebracht sein. Diese Anschlussmittel 18 und 20 weisen jeweils einen Querkanal auf, der derart in jedes Anschlussmittel 18 und 20 angeordnet ist, dass wenigstens zwei Kühlmittelkanäle 16 flüssigkeitsmäßig parallel geschaltet sind. Mittels diesen Anschlussmitteln 18 und 20 kann das Stromrichtermodul 2 direkt ohne großen Aufwand in ein kundenspezifisches Kühlmittel-Kühlsystem eingebunden werden. Sind die Anschlussmittel 18 und 20 nicht mit der Kühlmittelkanäle 16 aufweisenden Kühlplatte 4 verknüpft, so wird diese Kühlplatte 4 mittels eines kundenspezifischen Luftkühlkörpers gekühlt. Dadurch kann ein Stromrichtermodul 2 mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Kühlplatte 4 wie ein handelsübliches Stromrichtermodul 2 verwendet werden.A converter module 2 with a ready-to-connect cooling plate 4 is in the 2 shown in more detail. So that the cooling plate 4 according to 1 is ready for connection, each has a connection device on the front 18 and 20 for a coolant inlet and outlet 22 and 24 on the cooling plate 4 appropriate. The connection means 18 for a coolant supply 22 can also contrary to the representation on the lower end of the cooling plate 4 to be appropriate. These connection means 18 and 20 each have a transverse channel, which in each connection means 18 and 20 is arranged that at least two coolant channels 16 are connected in parallel in terms of liquid. By means of these connection means 18 and 20 can the converter module 2 can be directly integrated into a customer-specific coolant cooling system with little effort. Are the connection means 18 and 20 not with the coolant channels 16 having cooling plate 4 linked, so this cooling plate 4 cooled by means of a customer-specific air heat sink. This allows a converter module 2 with a cooling plate designed according to the invention 4 like a standard converter module 2 be used.

Der Explosionsdarstellung des Anschlussmittels 18 der Kühlplatte 4 ist zu entnehmen, dass zwischen dem Anschlussmittel 18 und einer Stirnseite 26 der Kühlplatte 4 eine Dichtung 28 angeordnet ist. Korrespondierend zu dem Bereich der Stirnseite 26 der Kühlplatte 4 mit den Kühlmittelkanälen 16 weist das Anschlussmittel 18 stirnseitig eine Ausnehmung 30 auf, die teilweise die Dichtung 28 aufnimmt. Dieses Anschlussmittel 18 wird mittels mehrerer Schrauben 32 mit der Stirnseite 26 der Kühlplatte 4 lösbar verbunden. Dazu weist die Kühlplatte 4 korrespondierende Gewindebohrungen 34 auf. Der Kühlmittelzulauf 22 ist ebenfalls lösbar mit dem Anschlussmittel 18 verbunden. Dazu weist dieser Kühlmittelzulauf 22 ein Außengewinde 36 auf. Das Anschlussmittel 18 weist eine dazu korrespondierende Gewindebohrung 38 auf. Zur Aufnahme eines Kühlmittelschlauches weist der Kühlmittelzulauf 22 als Anschlussstutzen einen Schlauchnippel 40 auf, der beispielsweise konisch zuläuft. Damit die lösbare Verbindung zwischen Kühlmittelzulauf 22 und Anschlussmittel 18 flüssigkeitsdicht ist, wird zwischen diesen beiden Teilen 18 und 22 eine weitere Dichtung verwendet. Der Kühlmittelzulauf 22 und das Anschlussmittel 18 kann vorteilhafter Weise auch eine Baueinheit bilden, wodurch sich der Montagenaufwand reduziert.The exploded view of the connection means 18 the cooling plate 4 it can be seen that between the connection means 18 and a face 26 the cooling plate 4 a seal 28 is arranged. Corresponding to the area of the face 26 the cooling plate 4 with the coolant channels 16 has the connection means 18 a recess on the front 30 on that partially the seal 28 receives. This connection means 18 is by means of several screws 32 with the face 26 the cooling plate 4 releasably connected. The cooling plate points to this 4 corresponding threaded holes 34 on. The coolant inlet 22 is also detachable with the connection means 18 connected. For this purpose, this coolant inlet 22 an external thread 36 on. The connection means 18 has a corresponding threaded hole 38 on. The coolant inlet points to receive a coolant hose 22 a hose nipple as a connecting piece 40 that tapers, for example. So that the detachable connection between the coolant inlet 22 and connection means 18 is liquid-tight, is between these two parts 18 and 22 another seal used. The coolant inlet 22 and the connection means 18 can advantageously also form a structural unit, which reduces the assembly effort.

Um die Herstellungskosten möglichst gering zu halten, sind die Kühlplatte 4 und die Anschlussmittel 18 und 20 jeweils ein Strangpressprofil. Da die Kühlplatte 4 die Verlustleistung zu kühlender Stromrichterventile des Stromrichtermoduls 2 abführen soll, ist das Strangpressprofil aus thermisch gut leitenden Material. Von der abzuführenden Verlustleistung der zu kühlenden Stromrichterventile hängt auch die Anzahl der vorgesehenen Kühlmittelkanäle 16 ab. Anstatt Kühlplatten 4 mit unterschiedlichen Kühlmittelkanälen 16 vorrätig zu halten, kann man die Anschlussmittel 18 und 20 für den Kühlmittelzulauf 22 und -ablauf 24 derart gestalten, dass entweder eine Untermenge von Kühlmittelkanälen 16 bzw. alle Kühlmittelkanäle 16 flüssigkeitsmäßig parallel geschaltet sind. Wie viele Kühlmittelkanäle 16 flüssigkeitsmäßig parallel geschaltet werden können, hängt von der Ausbildung des Querkanals im Anschlussmittel 18 bzw. 20 ab. D.h., es hängt davon ab wie viele stirnseitigen Öffnungen der vorhandenen Kühlmittelkanäle 16 von dem Querkanal des Anschlussmittels 18 bzw. 20 umfasst werden.In order to keep the manufacturing costs as low as possible, the cooling plate 4 and the connection means 18 and 20 one extruded profile each. Because the cooling plate 4 the power loss of the converter valves of the converter module to be cooled 2 the extruded profile is made of thermally highly conductive material. The number of coolant channels provided also depends on the dissipated power loss of the converter valves to be cooled 16 from. Instead of cooling plates 4 with different coolant channels 16 To keep in stock, you can use the connection means 18 and 20 for the coolant supply 22 and process 24 Design such that either a subset of coolant channels 16 or all coolant channels 16 are connected in parallel in terms of liquid. How many coolant channels 16 can be connected in parallel in terms of liquid depends on the design of the transverse channel in the connection means 18 or 20 from. That means it depends on how many front openings of the existing coolant channels 16 from the cross channel of the connection means 18 respectively. 20 are included.

Mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der Kühlplatte 4 eines Stromrichtermoduls 2 wird erreicht, dass dieses Stromrichtermodul 2 nun auch unmittelbar flüssigkeitsgekühlt werden kann. Wird dies erwünscht, sind Anschlussmittel 18 und 20 für einen Kühlmittelzu- und -ablauf 22 und 24 stirnseitig an der Kühlplatte 4 des Stromrichtermoduls 2 anzubringen. Somit kann das Stromrichtermodul 2 mit der rückwärtigen Kühlplatte 4 bedarfsweise mittels Luft oder mittels einer Kühlflüssigkeit gekühlt werden.By means of the inventive design of the cooling plate 4 of a converter module 2 is achieved that this converter module 2 can now be liquid cooled immediately. If this is desired, connection means are used 18 and 20 for a coolant inlet and outlet 22 and 24 on the front of the cooling plate 4 of the converter module 2 to install. Thus, the converter module 2 with the rear cooling plate 4 if necessary, are cooled by means of air or by means of a coolant.

Claims (10)

Stromrichtermodul (2) mit einer rückwärtigen Kühlplatte (4), auf der wenigstens ein zu kühlendes Stromrichterventil des Stromrichtermoduls (2) lösbar befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Kühlplatte (4) mehrere nebeneinander verlaufende Kühlmittelkanäle (16) aufweist und mit zwei Anschlussmittel (18, 20) für einen Kühlmittelzu- und -ablauf (22, 24) versehen ist, wobei jedes Anschlussmittel (18, 20) wenigstens zwei Kühlmittelkanäle (16) der Kühlplatte (4) strömungsmäßig parallel schaltet.Converter module ( 2 ) with a rear cooling plate ( 4 ), on which at least one converter valve of the converter module to be cooled ( 2 ) is releasably attached, characterized in that this Cooling plate ( 4 ) several coolant channels running side by side ( 16 ) and with two connection means ( 18 . 20 ) for a coolant inlet and outlet ( 22 . 24 ) is provided, each connection means ( 18 . 20 ) at least two coolant channels ( 16 ) the cooling plate ( 4 ) switches in parallel in terms of flow. Stromrichtermodul (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussmittel (18, 20) einen Querkanal aufweist, der die stirnseitigen Öffnungen der wenigstens zweier Kühlmittelkanäle (16) der Kühlplatte (4) umfasst.Converter module ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the connection means ( 18 . 20 ) has a transverse channel that the front openings of the at least two coolant channels ( 16 ) the cooling plate ( 4 ) includes. Stromrichtermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussmittel (18, 20) einen Anschlussstutzen aufweist.Converter module ( 2 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the connecting means ( 18 . 20 ) has a connecting piece. Stromrichtermodul (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussmittel (18, 20) lösbar mit der Kühlplatte (4) verbunden ist.Converter module ( 2 ) according to claim 3, characterized in that the connecting means ( 18 . 20 ) detachable with the cooling plate ( 4 ) connected is. Stromrichtermodul (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussmittel (18, 20) und der Anschlussstutzen eine Baueinheit bilden.Converter module ( 2 ) according to claim 3, characterized in that the connecting means ( 18 . 20 ) and the connection piece form a structural unit. Stromrichtermodul (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittfläche eines jeden Kühlmittelkanals (16) kreisförmig ist.Converter module ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional area of each coolant channel ( 16 ) is circular. Stromrichtermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche eines jeden Kühlmittelkanals (16) quadratisch ist.Converter module ( 2 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cross-sectional area of each coolant channel ( 16 ) is square. Stromrichtermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche eines jeden Kühlmittelkanals (16) rechteckförmig ist.Converter module ( 2 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cross-sectional area of each coolant channel ( 16 ) is rectangular. Stromrichtermodul (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (4) und das Anschlussmittel (18, 20) jeweils ein Strangpressprofil ist.Converter module ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling plate ( 4 ) and the connection means ( 18 . 20 ) is an extruded profile. Stromrichtermodul (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil aus thermisch gut leitenden Material ist.Converter module ( 2 ) according to claim 9, characterized in that the extruded profile is made of thermally highly conductive material.
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