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Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von Elektronikbauteilen entsprechend dem Oberbegriff des ersten Anspruches.
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Die Vorrichtung ist überall dort anwendbar, wo Elektronikbauteile der Leistungselektronik auf einem Kühlkörper aus einem Vergusswerkstoff angeordnet sind in dem sich ein Kühlrohr befindet durch das ein Kühlmedium fliest und die Vorrichtung größeren Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Weiterhin ist die Vorrichtung überall dort einsetzbar wo ein Brems- oder Ballastwiderstand beispielsweise für einen elektrischen Motor erforderlich ist.
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Um Leistungselektronikbauteile auf einem Kühlkörper mit einem Kühlmedium zu kühlen sind verschiedene Lösungen bekannt.
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DE 20 2005 018 284 U1 beschreibt eine Kühleinheit zum Einbau in ein Gehäuse, insbesondere einen Schaltschrank, mit der zur Aufnahme von elektronischen Baugruppen ausgebildeten Montageplatte, die mindestens einen von einer Kühlflüssigkeit durchströmten oder zu durchströmenden Kühlkanal aufweist, wobei an der Montageplatte zum Kühlen von in dem Gehäuse durch Verlustwärme entstehender Warmluft eine Luftkühleinheit mit einem Gebläse vorhanden ist, mit dem die Warmluft zum Abkühlen flächig entlang der Montageplatte geführt ist. Die Montageplatte erfüllt also zum einen die Aufgabe, die Warmluft im Gehäuse abzukühlen und die auf sie montierten elektrischen oder elektronischen Baugruppen zu kühlen. Die Kühlrippen können Einstöckig auf der Montageplatte ausgeformt oder separat ausgebildet und mit der Montageplatte verbunden sein. Eine konkrete Darstellung und Beschreibung der Kühlrippen erfolgt nicht. In der Montageplatte ist mindestens ein Kühlkanal angeordnet, der mäanderförmig verläuft und ein gefräst ist. Der Kühlkanal kann auch mittels Füllmaterialien eingebracht sein. Das erfolgt in der Weise, indem in die Montageplatte Kanäle ein gefräst und die Leitungen eingepresst werden.
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Dabei handelt es sich um ein aufwändiges Fertigungsverfahren, wobei der Wärmeübergang zwischen Rohr und der Kühlplatte in jedem Fall fließend ist.
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DE 20 2004 003 789 U1 beschreibt ein Umwälzsystem mit integriertem Kühlsystem mittels Wärmeleitrohr für Gehäuse und Schaltschrank für Computer, Steuerungen, Mess-, Bedien- und Anzeigesysteme. Im System ist ein Lüfter vorhanden, wobei Kühllamellen zur Wärmeübertragung dienen und Wärmeleitrohre die Wärme abführen. Eine genaue Darstellung der Kühlplatten oder der Kühlkörper erfolgt nicht.
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Für den Fall, dass die Vorrichtung zum Kühlen größeren Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, insbesondere außerhalb von Gebäuden, ist es erforderlich der Vorrichtung gezielt Wärmeenergie zuzuführen damit keine Schäden durch Kälte entstehen.
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Um diese Schäden zu vermeiden ist es bekannt auf der Oberfläche des Kühlkörpers einen Heizwiderstand anzuordnen. Das Anordnen eines elektrischen Widerstandes auf der Oberfläche der Kühlplatte ist auch bekannt wenn Brems- und Bellastwiderstände für elektrische Aufgaben benötigt werden, beispielsweise für elektrische Motoren. Die Anordnung eines Heizwiderstandes auf der Oberfläche des Kühlkörpers hat allerdings die Nachteile, dass eine zusätzliche Montage erforderlich ist die eine Unebenheit auf der Vorrichtung darstellt, ein schnelles Aufwärmen der Vorrichtung im Bereich der Bauteile der Leistungselektronik nicht erfolgt, ein Erfassen der Temperatur und Luftfeuchtigkeit unmittelbar an der Vorrichtung nicht erfolgt und damit kein zuverlässiges Signal die Freigabe der Leistungselektronik regelt. Der elektrisch Widerstand auf der Oberfläche der Vorrichtung ist zwar als Bremswiderstand für einen Motor nutzbar, heizt aber nur mit einem Teil seiner Fläche die Vorrichtung in der sich das Kühlrohr befindet auf. Weiterhin findet eine Not- und Schnellabschaltung der zu kühlenden Leistungselektronik oder angeschlossener elektrischer Aggregate nur verzögert statt.
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Es ist daher Aufgabe der Neuerung, eine Vorrichtung zum Kühlen von elektronischen Bauteilen zu entwickeln, die schnell und verlustfrei dann auf heizbar ist, wenn zu tiefe Temperaturen oder/und eine zu hohe Luftfeuchtigkeit das Anfahren der Bauteile der Leistungselektronik nicht erlaubt wobei ein schnelles Abschalten derselben und eine verlustfreie Energieübertragung von angeschlossenen Geräten wie Motoren möglich sein soll.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach den Merkmalen des ersten Anspruches gelöst.
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Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Neuerung wieder.
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Die vorgeschlagene Lösung sieht eine Vorrichtung zum Kühlen von Elektrobauteilen vor, die aus einem Kühlkörper mit einer Kühlplatte aus einem Vergusswerkstoff besteht in den ein Rohr für ein Kühlmittel wie eine Kühlflüssigkeit eingegossen ist. Der Vergusswerkstoff kann Aluminium oder ein anderes dem Fachmann bekanntes leitendes Material darstellen, in das das Rohr vergossen ist. Das Rohr für das Kühlmedium weist einen Kühlmittelein- und eine Kühlmittelaustritt auf und kann mäanderförmig verlaufen.
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Weiterhin kann der Kühlkörper rechteckig ausgeführt sein. Im Kühlkörper ist ein Heizwiderstand wie eine Heizwendel mit Elektronikanschlüssen angeordnet. Die Heizwendel dient zum Erwärmen des Kühlkörpers und stellt einen Brems- oder Ballastwiderstand für bestimmte elektrische Aufgaben, wie das Bremsen eines elektrischen Motors, dar.
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Vorteilhaft ist es den Heizwiderstand und das Kühlrohr in einer Ebene anzuordnen.
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Weiterhin ist es günstig als Kühlmittel Wasser einzusetzen.
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Vorteilhaft ist es den Heizwiderstand innerhalb des ihn umgebenden Kühlrohres anzuordnen und zwar so, dass sich die Elektroanschlüsse in der Nähe von Kühlmittelein- und austritt befinden.
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Weiterhin sieht die Neuerung einen Sensor, wie einen Betauungssensor vor, der auf dem Kühlkörper angeordnet ist.
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Vorteilhaft ist es, den Sensor auf der Seite des Kühlkörpers anzuordnen auf der die Elektronikbauteile angeordnet sind.
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Weiterhin ist es vorteilhaft den Sensor (Betauungssensor) unterhalb der Elektronikbauteile anzuordnen.
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Dieser Betauungssensor erfasst die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit am Kühlkörper und gibt bei überschreiten eines bestimmten Grenzwertes ein Signal an den Schalter für den Heizwiderstand, so dass ein Beheizen des Kühlkörpers erfolgt. Dieses Beheizen erfolgt solange bis die Bauteile der Leistungselektronik gefahrlos zugeschaltet werden können.
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Für den Fall, dass am Kühlkörper eine zu geringe Temperatur auftritt oder eine Luftfeuchtigkeit, die der Leistungselektronik schadet werden diese durch den Sensor erfasst, die Leistungselektronik abgeschaltet und der Heizwiderstand oder die Heizwendel zugeschaltet.
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Die Neuerung hat den Vorteil, dass der Heizwiderstand keine Unebenheit auf der Oberfläche des Kühlkörpers darstellt, der Heizwiderstand thermisch besser in den Kühlkörper eingebunden ist, eine rasche und zuverlässige Notabschaltung angeschlossener Geräte möglich ist, die Leistungselektronik nur zugeschaltet wird, wenn es die Umweltbedingungen erlauben und der Heizwiderstand als Brems- oder Ballastwiderstand für einen Elektromotor effektiver einsetzbar ist.
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Im Folgenden wird die Neuerung an einem Ausführungsbeispiel und zwei Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 Darstellung des Kühlkörpers für Elektronikbauteile auf einer Platte mit dem Heizwendel und dem Betauungssensor;
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2 Schnitt A-A von 1.
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Die 1 zeigt den Kühlkörper 1, auf den zu kühlende Elektronikbauteile 6 montiert sind, die mit ihrer Rückseite auf die Kühlplatte aus Vergusswerkstoff des Kühlkörpers 1 aufgeschraubt sind, damit die sich entwickelnde Wärme der Elektronikbauteile 6 durch den Kühlkörper 1 abgeführt werden kann. Um den Kühlkörper 1 zu kühlen, fließt durch diesen ein Kühlmittel, das im vorliegenden Fall Wasser darstellt. Dazu ist der Kühlkörper 1 über zwei Anschlüsse für einen Kühlmitteleintritt 4 und einen Kühlmittelaustritt versehen. Beide Anschüsse sind am Kühlkörper 1 unten angeordnet.
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Weiterhin ist im Kühlkörper 1 eine Heizwendel oder ein Widerstandswandler 3 angeordnet. Dieser ist mit zwei Elektroanschlüssen 7 versehen durch die Elektroenergie zugeführt wird. Die Elektroanschlüsse 7 sind im Fall, dass der Widerstandswandler 3 als Brems- oder Ballastwiderstand dient mit einem Elektromotor gekoppelt. Die Anschlüsse sind auf der Geräteinnenseite und werden somit direkt im Gerät verdrahtet, es entsteht ein sehr hoher elektrischer Schutzgrad Die Elektroanschlüsse 7 sind in unmittelbarer Nähe von Kühlmitteleintritt 4 und -austritt 5 angeordnet. Weiterhin ist auf dem Kühlkörper 1 ein Betauungsensor 8 angeordnet. Der Betauungsensor 8 ist auf der Seite des Kühlkörpers 1 angeordnet auf der sich die zu kühlenden Bauteile 6 befinden. Er ist weiterhin unterhalb dieser Bauteile 6 angeordnet.
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Die 2 zeigt den Schnitt A-A von 1 und damit die Lage der Teile und Leitungen zueinander. Heizwendel 3 und das Kühlrohr 2 liegen in eine Ebene. Die Seite des Kühlkörpers 1, die der Seite gegenüberliegt auf der die Bauteile 6 angeordnet sind ist eben und der Betauungssensor 8 ist unterhalb der zu kühlenden Bauteile 6 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlkörper
- 2
- Kühlrohr
- 3
- Heizwiderstand
- 4
- Kühlmitteleintritt
- 5
- Kühlmittelaustritt
- 6
- Zu kühlende Bauteile
- 7
- Elektroanschluss
- 8
- Betauungsensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005018284 U1 [0004]
- DE 202004003789 U1 [0006]
