DE202017007537U1

DE202017007537U1 - Inverter heatsink

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Publication number: DE202017007537U1
Application number: DE202017007537.7U
Authority: DE
Original assignee: Baumueller Nuernberg GmbH
Current assignee: Baumueller Nuernberg GmbH
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2027-04-12

Abstract

Kühlkörper (16) eines Umrichters (2), insbesondere eines Leistungsmoduls (8), mit einem aus einem Edelstahl erstellten Grundkörper (18), in den eine Nut (42) mit einem ersten Ende (38) und mit einem zweiten Ende (40) eingebracht ist, und mit einem aus einem Edelstahl erstellten Deckel (22), der an dem Grundkörper (18) befestigt ist, und mittels dessen die Nut (42) abgedeckt ist.

Heat sink (16) of a converter (2), in particular a power module (8), with a base body (18) made of high-grade steel, in which a groove (42) with a first end (38) and with a second end (40) is introduced, and with a cover (22) made of stainless steel, which is attached to the base body (18) and by means of which the groove (42) is covered.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper eines Umrichters sowie eine Verwendung eines Kühlkörpers.The invention relates to a heat sink of a converter and a use of a heat sink.

Industrieanlagen weisen üblicherweise eine Vielzahl an rotierenden elektrischen Maschinen auf, mittels derer beispielsweise Werkzeuge oder Förderbänder angetrieben werden. Die hierfür benötigte elektrische Energie wird mittels Umrichtern bereitgestellt, die signaltechnisch mit einer Prozesssteuerung gekoppelt sind. Der Umrichter ist elektrisch mit einem Versorgernetzwerk gekoppelt und weist Halbleiterschalter auf, die zwischen das Versorgernetzwerk und die elektrische Maschine geschaltet sind. Die Halbleiterschalter selbst sind in einer Brückenschaltung miteinander verschaltet, meist in einer B6-Schaltung. Hierbei ist eine Anzahl der Halbleiterschalter, meist zwei oder drei der Halbleiterschalter, zu einem Leistungsmodul zusammengefasst, welches somit diese Halbleiterschalter umfasst. Die Halbleiterschalter des jeweiligen Leistungsmoduls sind in einem gemeinsamen Gehäuse des Leistungsmoduls angeordnet und z.T. dort vergossen.Industrial plants usually have a large number of rotating electrical machines, by means of which, for example, tools or conveyor belts are driven. The electrical energy required for this is provided by means of converters that are coupled to a process control system in terms of signals. The converter is electrically coupled to a utility network and includes semiconductor switches connected between the utility network and the electric machine. The semiconductor switches themselves are interconnected in a bridge circuit, usually in a B6 circuit. In this case, a number of the semiconductor switches, usually two or three of the semiconductor switches, are combined to form a power module which thus includes these semiconductor switches. The semiconductor switches of the respective power module are arranged in a common housing of the power module and partially encapsulated there.

Bei Betrieb beträgt die mittels der Halbleiterschalter geschaltete elektrische Spannung zwischen 500 Volt und 800 Volt, wobei die geschalteten elektrischen Ströme eine Stromstärke zwischen 1 Ampere und 10 Ampere aufweisen. Bei der Betätigung der Halbleiterschalter entstehen Schaltverluste, welche zu einer Erwärmung der Halbleiterschalter sowie des Leistungsmoduls führen. Jeder Halbleiterschalter bzw. jedes Leistungsmodul weist eine maximale Betriebstemperatur auf. Bei Überschreiten dieser maximalen Betriebstemperatur ist es möglich, dass der Halbleiterschalter bzw. das Leistungsmodul beschädigt wird. Folglich ist es erforderlich, dass der Halbleiterschalter bzw. das Leistungsmodul oder sonstige elektronische/elektrische Bauteile, wie Widerstände, gekühlt werden. Hierfür werden beispielsweise passive Kühlkörper herangezogen, die aus einem Aluminium erstellt sind und Kühlrippen aufweisen. Weitere Alternativen sehen vor, dass Edelstahlrohre innerhalb eines Grundkörpers aus einem Aluminium angeordnet werden. Durch die Rohre wird bei Betrieb meist Wasser geleitet, welches die überschüssige Temperatur des Grundkörpers aufnimmt. Zur Herstellung werden die Edelstahlrohre beispielsweise in dem Grundkörper verpresst oder in diesen eingezogen. Beim Einziehen der Edelstahlrohre ist es möglich, dass zwischen den Rohren und dem Grundkörper, der an dem Halbleiter bzw. Leistungsmodul anliegt, Hohlräume mit Luft gebildet sind, sodass in diesem Bereich ein Wärmeübertrag zwischen dem Grundkörper und den Rohren beeinträchtigt ist.During operation, the electrical voltage switched by means of the semiconductor switches is between 500 volts and 800 volts, with the electrical currents switched having a current intensity of between 1 ampere and 10 amperes. Switching losses occur when the semiconductor switches are actuated, which lead to the semiconductor switches and the power module heating up. Each semiconductor switch or each power module has a maximum operating temperature. If this maximum operating temperature is exceeded, it is possible that the semiconductor switch or the power module will be damaged. Consequently, it is necessary for the semiconductor switch or the power module or other electronic/electrical components, such as resistors, to be cooled. For example, passive heat sinks are used for this purpose, which are made of aluminum and have cooling ribs. Further alternatives envisage that stainless steel tubes are arranged within a base body made of aluminum. During operation, water is usually passed through the pipes, which absorbs the excess temperature of the base body. For production, the high-grade steel tubes are, for example, pressed into the base body or drawn into it. When pulling in the stainless steel tubes, it is possible that cavities with air are formed between the tubes and the base body that rests on the semiconductor or power module, so that heat transfer between the base body and the tubes is impaired in this area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Kühlkörper sowie eine besonders geeignete Verwendung eines Kühlkörpers anzugeben, wobei insbesondere Herstellungskosten reduziert sind, und wobei vorzugsweise eine Zuverlässigkeit erhöht ist.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable heat sink and a particularly suitable use of a heat sink, with production costs in particular being reduced and reliability preferably being increased.

Hinsichtlich des Kühlkörpers wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Verwendung durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.With regard to the heat sink, this object is achieved by the features of claim 1 and with regard to the use by the features of claim 9. Advantageous developments and refinements are the subject of the respective dependent claims.

Der Kühlkörper ist ein Bestandteil eines Umrichters und dient insbesondere der Kühlung eines Bauteils des Umrichters. Der Umrichter weist vorzugsweise einen Halbleiterschalter, beispielsweise vier oder sechs Halbleiterschalter auf, die zweckmäßigerweise in einer Brückenschaltung miteinander verschaltet sind. Mit anderen Worten weist der Umrichter eine B4- oder B6-Schaltung auf. Geeigneterweise ist der oder zumindest einer der Halbleiterschalter bei Betrieb mittels des Kühlkörpers gekühlt, und der Kühlkörper liegt an dem Halbleiterschalter bzw. den Halbleiterschaltern an, insbesondere direkt oder über eine Wärmeleitpaste. Geeigneterweise sind die Halbleiterschalter als Leistungshalbleiterschalter ausgestaltet, und der Umrichter umfasst somit Leistungshalbleiterschalter. Der Halbleiterschalter bzw. die Halbleiterschalter sind insbesondere Feldeffekttransistoren und beispielsweise MOSFETs, JFETs, GTOs oder IGBTs. Alternativ oder in Kombination hierzu dient der Kühlkörper der Kühlung eines Thyristors oder eines Widerstandes, wie eines Leistungswiderstandes.The heat sink is part of a converter and is used in particular to cool a component of the converter. The converter preferably has a semiconductor switch, for example four or six semiconductor switches, which are expediently connected to one another in a bridge circuit. In other words, the converter has a B4 or B6 circuit. The or at least one of the semiconductor switches is suitably cooled during operation by means of the heat sink, and the heat sink bears against the semiconductor switch or switches, in particular directly or via a thermally conductive paste. The semiconductor switches are suitably in the form of power semiconductor switches, and the converter thus includes power semiconductor switches. The semiconductor switch or switches are in particular field effect transistors and for example MOSFETs, JFETs, GTOs or IGBTs. Alternatively or in combination with this, the heat sink is used to cool a thyristor or a resistor, such as a power resistor.

Beispielsweise sind eine Anzahl der Halbleiterschalter, beispielsweise zwei oder drei Halbleiterschalter, zu einem Leistungsmodul zusammengefasst, das ein Gehäuse aufweist. Hierbei sind die Halbleiterschalter bevorzugt mittels des Gehäuses umgeben, und der Kühlkörper liegt zweckmäßigerweise an dem Gehäuse an, vorzugsweise direkt. Insbesondere umfasst das Leistungsmodul weitere Halbleiter, wie Dioden. Mit anderen Worten ist das Leistungsmodul ein Verbund aus Halbleitern, die geeignet miteinander verschaltet sind, und das Leistungsmodul umfasst vorzugsweise eine Anzahl an elektrischen Anschlüssen.For example, a number of semiconductor switches, for example two or three semiconductor switches, are combined to form a power module that has a housing. In this case, the semiconductor switches are preferably surrounded by the housing, and the heat sink is expediently in contact with the housing, preferably directly. In particular, the power module includes other semiconductors such as diodes. In other words, the power module is an assembly of semiconductors that are suitably connected to one another, and the power module preferably includes a number of electrical connections.

Geeigneterweise umfasst der Umrichter einen Zwischenkreis der gegen die Brückenschaltung geführt ist. Insbesondere umfasst der Umrichter eine Gleichrichterseite, die mit einem Versorgungsnetz gekoppelt ist, die beispielsweise einen Drehstrom mit einer Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz aufweist. Beispielswiese ist die Gleichrichterseite mittels eines Gleichrichters realisiert, welcher vorzugsweise ein separates Gerät ist. Zum Beispiel weist der Umrichter eine Wechselrichterseite auf. Der Umrichter dient insbesondere der Bestromung eines Elektromotors. Der Elektromotor ist beispielsweise ein Synchron- oder Asynchronmotor. Geeigneterweise weist der Elektromotor zwei oder drei elektrische Phasen auf, die zueinander um insbesondere 120° versetzt sind.The converter suitably includes an intermediate circuit which is routed to the bridge circuit. In particular, the converter includes a rectifier side that is coupled to a supply network that has, for example, a three-phase current with a frequency of 50 Hz or 60 Hz. For example, the rectifier side is realized by means of a rectifier, which is preferably a separate device. For example, does the Inverter on an inverter side. The converter serves in particular to supply current to an electric motor. The electric motor is, for example, a synchronous or asynchronous motor. The electric motor suitably has two or three electrical phases which are offset from one another by, in particular, 120°.

Zum Beispiel ist der Umrichter ein Bestandteil einer Industrieanlage. Insbesondere weist der Umrichter eine maximale Leitungsabgabe zwischen 700 W und 500 kW auf. Zweckmäßigerweise ist die Leitungsabgabe größer oder gleich 1 kW, 5 kW, 10 kW, 50 kW, 100 kW oder 200 kW. Zum Beispiel ist die Leitungsabgabe kleiner oder gleich 400 kW, 250 kW, 100 kW, 50 kW, 15 kW oder 2 kW. Geeigneterweise wird mittels des Umrichters ein Elektromotor betrieben, wie ein Synchronmotor oder Asynchronmotor, insbesondere ein bürstenloser Elektromotor.For example, the converter is part of an industrial plant. In particular, the converter has a maximum power output of between 700 W and 500 kW. The line output is expediently greater than or equal to 1 kW, 5 kW, 10 kW, 50 kW, 100 kW or 200 kW. For example, the line output is less than or equal to 400 kW, 250 kW, 100 kW, 50 kW, 15 kW or 2 kW. An electric motor, such as a synchronous motor or asynchronous motor, in particular a brushless electric motor, is suitably operated by means of the converter.

Der Kühlkörper weist einen Grundkörper auf, der aus einem Edelstahl erstellt ist. Insbesondere besteht der Grundkörper aus dem Edelstahl. Der Edelstahl ist beispielsweise ein rostfreier Stahl und z.B. V2A oder V4A. In den Grundkörper ist eine Nut mit einem ersten Ende und mit einem zweiten Ende eingebracht. Die Nut verläuft zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende und ist insbesondere nach Art eines nach oben offenen Kanals ausgestaltet. Insbesondere ist die Nut durchgehend zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende verlaufend ausgestaltet. Hierbei ist der Verlauf der Nut insbesondere auf Anforderungen an den Kühlkörper angepasst. Das erste und/oder das zweite Ende sind beispielsweise in einem Randbereich des Grundkörpers angeordnet. Besonders bevorzugt ist das erste Ende und/oder das zweite Ende, vorzugsweise beide Enden, von einem Randbereich des Grundkörpers beabstandet.The heat sink has a base body that is made of stainless steel. In particular, the base body consists of stainless steel. The stainless steel is, for example, a stainless steel and e.g. V2A or V4A. A groove with a first end and a second end is introduced into the base body. The groove runs between the first end and the second end and is designed in particular in the manner of a channel which is open at the top. In particular, the groove is designed to run continuously between the first end and the second end. In this case, the course of the groove is adapted in particular to the requirements placed on the heat sink. The first and/or the second end are arranged, for example, in an edge area of the base body. Particularly preferably, the first end and/or the second end, preferably both ends, is at a distance from an edge area of the base body.

Ferner umfasst der Kühlkörper einen aus einem Edelstahl erstellten Deckel. Insbesondere besteht der Deckel aus dem Edelstahl. Der Edelstahl ist geeigneterweise ein rostfreier Edelstahl, und beispielsweise V2A oder V4A. Zum Beispiel ist der Edelstahl, aus dem der Deckel erstellt ist, der gleiche Edelstahl, aus dem der Grundkörper erstellt ist. Der Deckel ist an dem Grundkörper befestigt, und mittels des Deckels ist die Nut abgedeckt. Mit anderen Worten ist die Nut mittels des Deckels verschlossen, und der Deckel bildet zumindest teilweise eine Decke eines Kanals, der mittels der Nut und dem Deckel gebildet ist, und der zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende verläuft. Der Deckel ist beispielsweise stoffschlüssig mit dem Grundkörper verbunden und insbesondere mit diesem verschweißt, wobei vorzugsweise eine Schweißnahtverbindung herangezogen wird. Geeigneterweise ist der Deckel umfangsseitig umlaufend mit der Schweißnaht versehen, und der Deckel ist somit umfangsseitig mit dem Grundkörper verbunden. Alternativ oder in Kombination hierzu ist der Deckel mittels Punktschweißen mit dem Grundkörper verbunden.Furthermore, the heat sink includes a cover made of stainless steel. In particular, the lid is made of stainless steel. The stainless steel is suitably a stainless steel, and for example V2A or V4A. For example, the stainless steel from which the lid is made is the same stainless steel from which the body is made. The lid is attached to the base body, and the groove is covered by the lid. In other words, the groove is closed by means of the lid, and the lid at least partially forms a ceiling of a channel which is formed by means of the groove and the lid and which runs between the first end and the second end. The cover is, for example, integrally connected to the base body and, in particular, welded to it, with a welded seam connection preferably being used. The cover is suitably provided with the weld seam running around the circumference, and the cover is thus connected to the base body on the circumference. Alternatively or in combination with this, the cover is connected to the base body by means of spot welding.

Bei Betrieb wird zweckmäßigerweise ein Fluid, geeigneterweise eine Flüssigkeit, durch die Nut geleitet, beispielsweise Öl oder Wasser. Mit anderen Worten ist das Fluid in der Nut angeordnet. Das Fluid ist beispielsweise ein Bestandteil eines Kühlkreislaufs, der geschlossen oder offen ausgestaltet ist. Mit anderen Worten wird stets das gleiche Kühlfluid herangezogen, welches somit innerhalb des Kreislaufs umgewälzt wird. Alternativ wird aus einem bestimmten Reservoir das Fluid entnommen und in ein hiervon separiertes Reservoir abgegeben, sodass nicht stets das gleiche Fluid durch die Nut geleitet wird.In operation a fluid, suitably a liquid, is suitably passed through the groove, for example oil or water. In other words, the fluid is arranged in the groove. The fluid is, for example, a component of a cooling circuit that is designed to be closed or open. In other words, the same cooling fluid is always used, which is thus circulated within the circuit. Alternatively, the fluid is taken from a specific reservoir and released into a separate reservoir, so that the same fluid is not always passed through the groove.

Aufgrund der Verwendung von Edelstahl sowohl für den Grundkörper als auch für den Deckel ist hierbei eine Beschädigung des Kühlkörpers auch bei einem vergleichsweise korrosiven oder aggressiven Fluid vermieden. Auch tritt keine Oxidation im Bereich der Nut auf, weswegen eine Zuverlässigkeit des Kühlkörpers erhöht ist. Zudem ist es nicht erforderlich, dass verschiedene Materialien über einen vergleichsweise großen Bereich wärmetechnisch miteinander verbunden sind. Vielmehr reicht die Kopplung des Grundkörpers an ein zu kühlendes Bauteil bzw. die thermische Kopplung des Deckels an das zu kühlende Bauteil aus, wobei die jeweils hierüber eingebrachte thermische Energie an das durch die Nut strömendes Fluid abgegeben wird. Beispielsweise ist das zu kühlende Bauteil, insbesondere der Halbleiterschalter bzw. das Leistungsmodul, wärmetechnisch mit dem Grundkörper oder dem Deckel verbunden und liegt zweckmäßigerweise an dem Grundkörper bzw. dem Deckel an, insbesondere direkt.Due to the use of stainless steel both for the base body and for the cover, damage to the heat sink is avoided even with a comparatively corrosive or aggressive fluid. There is also no oxidation in the area of the groove, which is why the reliability of the heat sink is increased. In addition, it is not necessary for different materials to be thermally connected to one another over a comparatively large area. Rather, the coupling of the base body to a component to be cooled or the thermal coupling of the cover to the component to be cooled is sufficient, with the respective thermal energy introduced here being released to the fluid flowing through the groove. For example, the component to be cooled, in particular the semiconductor switch or the power module, is thermally connected to the base body or the cover and is expediently in contact with the base body or the cover, in particular directly.

Die Nut ist beispielsweise bei Erstellung des Grundkörpers bereits vorhanden und wird insbesondere bei einem Gießen des Grundkörpers erstellt. Beispielsweise wird die Nut mittels Schmieden in den Grundkörper eingebracht. Besonders bevorzugt jedoch wird die Nut in den Grundkörper gefräst. Infolgedessen kann ein im Wesentlichen beliebiger Grundkörper herangezogen werden, in den die Nut eingebracht wird. Zudem ist es ermöglicht, die Nut an jeweilige aktuelle Anforderungen anzupassen, wobei eine Änderung eines zur Erstellung des Kühlkörpers erforderlichen Werkzeugs nicht erforderlich ist. Insbesondere ist der Verlauf der Nut an das zu kühlende Bauteil angepasst, und die Nut überdeckt bei einer Projektion auf das zu kühlende Bauteil zumindest teilweise das zu kühlende Bauteil. Beispielsweise ist die Nut mäanderförmig oder zumindest teilweise mäanderförmig ausgestaltet, weswegen es ermöglicht ist ein vergleichsweise großes Volumen des Fluides durch die Nut zu befördern.The groove is already present when the base body is created, for example, and is created in particular when the base body is cast. For example, the groove is introduced into the base body by forging. However, the groove is particularly preferably milled into the base body. As a result, essentially any base body can be used, in which the groove is introduced. In addition, it is possible to adapt the groove to current requirements, with a change in a tool required to create the heat sink not being necessary. In particular, the profile of the groove is adapted to the component to be cooled, and when projected onto the component to be cooled, the groove at least partially covers the component to be cooled. For example, the groove is meander-shaped or at least partially meander-shaped, which is why it is possible to convey a comparatively large volume of fluid through the groove.

Beispielsweise ist das erste Ende oder das zweite Ende, insbesondere beide Enden, in einem Randbereich des Grundkörpers angeordnet, sodass bei montiertem Deckel mittels des ersten und/oder des zweiten Endes jeweils eine Öffnung in dem Grundkörper bereitgestellt ist. Alternativ ist eines der Enden, beispielsweise beide Enden von dem Randbereich beabstandet, und der Grundkörper weist von dem Randbereich ausgehend eine Bohrung auf, die in dem jeweiligen Ende mündet und somit die Öffnung bereitstellt. Der Deckel ist in diesen Fällen geeigneterweise durchgehen und somit öffnungsfrei. Vorzugsweise weist der Deckel im Bereich der beiden Enden jeweils eine Öffnung auf. Mit anderen Worten umfasst der Deckel zwei Öffnungen, wobei jeweils eine der Öffnungen bei Projektion auf den Grundkörper zumindest jeweils eines der Enden zumindest teilweise überdeckt. Über die Öffnungen ist ein Einleiten des Fluides in die Nut und ein Ausleiten des Fluides aus der Nut ermöglicht. Geeigneterweise sind die Öffnungen ein Auslass und beispielsweise nach Art eines Rohranschlusses ausgestaltet. Mit anderen Worten ist der Deckel im Bereich der Öffnung gewölbt ausgestaltet, insbesondere nach Art eines Hohlzylinders, sodass ein Anschluss von beispielsweise einem Schlauch oder dergleichen möglich ist. Auf diese Weise ist ein Einleiten des Fluides und ein Ausleiten des Fluides aus der Nut vereinfacht.For example, the first end or the second end, in particular both ends, is arranged in an edge area of the base body, so that when the cover is mounted, an opening is provided in the base body by means of the first and/or the second end. Alternatively, one of the ends, for example both ends, is at a distance from the edge area, and the base body has a bore, starting from the edge area, which opens into the respective end and thus provides the opening. In these cases, the cover is suitably continuous and therefore has no openings. The cover preferably has an opening in the region of each of the two ends. In other words, the cover comprises two openings, one of the openings at least partially covering at least one of the ends when projected onto the base body. The openings enable the fluid to be introduced into the groove and the fluid discharged from the groove. The openings are suitably an outlet and are designed, for example, in the manner of a pipe connection. In other words, the cover is arched in the area of the opening, in particular in the manner of a hollow cylinder, so that a hose or the like can be connected, for example. In this way, introducing the fluid and discharging the fluid from the groove is simplified.

Beispielsweise weist die Nut einen V-förmigen Querschnitt auf. Zweckmäßigerweise jedoch ist der Querschnitt der Nut U-förmig oder besonders bevorzugt rechteckförmig. Infolgedessen ist ein mittels der Nut bereitgestelltes Volumen vergrößert, sodass ein vergrößertes Fluidvolumen durch die Nut geleitet werden kann. Infolgedessen ist eine Kühlleistung verbessert. Auch ist ein Wärmeeintrag in die Nut aufgrund der vergrößerten Oberfläche der Nut verbessert. Ferner erfolgt aufgrund eines derartigen Querschnitts eine Ausbildung von Turbulenzen in dem durch die Nut geleiteten Fluid, sodass der Wärmeübertrag von dem Grundkörper bzw. dem Deckel auf das innerhalb der Nut geführte Fluid verbessert ist. Der Querschnitt der Nut ist beispielsweise über deren gesamten Verlauf gleich oder variiert in bestimmten Abschnitten. In zumindest einem der Abschnitte ist der Querschnitt der Nut somit beispielsweise V-förmig oder U-förmig bzw. rechteckförmig ausgestaltet. Insbesondere ist die Nut über deren gesamten Verlauf zwischen den beiden Enden rechteckförmig ausgestaltet.For example, the groove has a V-shaped cross section. Expediently, however, the cross section of the groove is U-shaped or particularly preferably rectangular. As a result, a volume provided by means of the groove is increased, so that an increased volume of fluid can be passed through the groove. As a result, cooling performance is improved. A heat input into the groove is also improved due to the increased surface area of the groove. Furthermore, because of such a cross section, turbulence is formed in the fluid conducted through the groove, so that the heat transfer from the base body or the cover to the fluid conducted within the groove is improved. The cross section of the groove is, for example, the same over its entire course or varies in certain sections. In at least one of the sections, the cross section of the groove is thus, for example, V-shaped or U-shaped or rectangular. In particular, the groove is rectangular over its entire course between the two ends.

Beispielsweise sind in der Nut Turbulatoren angeordnet, die beispielsweise mittels eines Materialüberschuss erstellt sind, welcher bei dem Erstellen der Nut nicht abgetragen wird, sofern diese beispielsweise gefräst wird. Mittels der Turbulatoren werden bei Betrieb in das innerhalb der Nut fließende Fluid Turbulenzen eingebracht, beispielsweise aufgrund einer Verjüngung der Nut in bestimmten Bereichen oder aufgrund der Einbringung einer Prallfläche im Wesentlichen mittig im Querschnitt der Nut, sodass diese beispielsweise einen W-förmigen Querschnitt in einem bestimmten Bereich aufweist. Aufgrund der zusätzlichen Turbulenzen ist der Wärmeübertrag von dem Grundkörper bzw. dem Deckel auf das innerhalb der Nut geführte Fluid weiter verbessert.For example, turbulators are arranged in the groove, which are created, for example, by means of excess material, which is not removed when the groove is created if it is milled, for example. During operation, turbulence is introduced into the fluid flowing within the groove by means of the turbulators, for example due to a narrowing of the groove in certain areas or due to the introduction of an impact surface essentially in the middle of the cross section of the groove, so that it has a W-shaped cross section in a certain area, for example area. Due to the additional turbulence, the heat transfer from the base body or the cover to the fluid guided inside the groove is further improved.

Der Grundkörper ist vorzugsweise plattenförmig ausgestaltet. Mit anderen Worten ist der Grundkörper insbesondere aus einer Edelstahlplatte erstellt und beispielsweise aus dieser ausgestanzt oder aus einem plattenförmigen Halbzeug erstellt. Somit ist die Ausdehnungsrichtung des Grundkörpers im Wesentlichen in zwei zueinander senkrechten Richtungen, also in einer Ebene (Ausdehnungsebene), wobei die Ausdehnung in einer hierzu senkrechten Richtung die Dicke des Grundkörpers bezeichnet und zweckmäßigerweise kleiner als die Hälfte, ein Viertel, ein Zehntel oder ein Zwanzigstel der Ausdehnung in eine Richtung innerhalb der Ebene ist. Somit weist der Grundkörper zwei zueinander parallele Oberflächen auf, die sich entlang der Ausbreitungsebene erstrecken. In eine der Oberflächen ist vorzugsweise die Nut eingebracht.The base body is preferably designed in the form of a plate. In other words, the base body is created in particular from a stainless steel plate and is punched out of it, for example, or created from a plate-shaped semi-finished product. Thus, the direction of expansion of the base body is essentially in two mutually perpendicular directions, i.e. in one plane (plane of expansion), with the expansion in a direction perpendicular thereto denoting the thickness of the base body and expediently less than half, a quarter, a tenth or a twentieth of extension in a direction within the plane. The base body thus has two mutually parallel surfaces which extend along the propagation plane. The groove is preferably made in one of the surfaces.

Beispielsweise ist der Grundkörper quaderförmig ausgestaltet, sodass die Begrenzung innerhalb der Ebene beispielsweise ein Rechteck oder ein Quader ist. Die Dicke des Grundkörpers ist zweckmäßigerweise zwischen 5 mm und 1 cm. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise kompakter Grundkörper bereitgestellt, und die Länge des Wärmeflusses von dem mittels des Kühlkörpers zu kühlenden Bauteils zu der Nut und dem hierin angeordneten Fluid ist vergleichsweise kurz, was den Wärmeübertrag verbessert. Zweckmäßigerweise ist die Dicke zwischen 6 mm und 8 mm, sodass einerseits ein vergleichsweise stabiler Grundkörper bereitgestellt ist. Andererseits ist die Länge des Wärmeflusses verringert. Alternativ oder in Kombination hierzu ist die Tiefe der Nut größer als die Hälfte der Dicke des Grundkörpers, also insbesondere ist die Tiefe der Nut größer als 2,5 mm bzw. 0,5 cm. Zweckmäßigerweise reicht die Nut bis zwischen 1 mm und 3 mm zur Oberfläche des Grundkörpers heran, die der Oberfläche abgewandt ist, in die die Nut eingebracht ist. Beispielsweise ist der Abstand der Nut von dieser Oberfläche im Wesentlichen gleich 2 mm. Auf diese Weise weist der Grundkörper einerseits eine vergleichsweise hohe mechanische Integrität auf, und andererseits ist die Länge des Wärmeflusses verringert, sofern das zu kühlende Bauteil auf der dem Deckel gegenüberliegenden Seite des Kühlkörpers angeordnet ist, an der das zu kühlende Bauteil vorzugsweise anliegt.For example, the base body is cuboid, so that the delimitation within the plane is, for example, a rectangle or a cuboid. The thickness of the base body is expediently between 5 mm and 1 cm. In this way, a comparatively compact base body is provided, and the length of the heat flow from the component to be cooled by means of the heat sink to the groove and the fluid arranged therein is comparatively short, which improves the heat transfer. The thickness is expediently between 6 mm and 8 mm, so that on the one hand a comparatively stable base body is provided. On the other hand, the length of the heat flow is reduced. Alternatively or in combination with this, the depth of the groove is greater than half the thickness of the base body, ie in particular the depth of the groove is greater than 2.5 mm or 0.5 cm. The groove expediently reaches up to between 1 mm and 3 mm from the surface of the base body that faces away from the surface in which the groove is made. For example, the distance of the groove from this surface is substantially equal to 2 mm. In this way, the base body has a comparatively high mechanical integrity on the one hand, and on the other hand the length of the heat flow is reduced if the component to be cooled is arranged on the side of the heat sink opposite the cover, on which the component to be cooled preferably rests.

Beispielsweise ist der Deckel ebenfalls plattenförmig ausgestaltet und weist zweckmäßigerweise eine Dicke zwischen 5 mm und 1 cm, insbesondere zwischen 6 mm und 8 mm auf. Geeigneterweise ist die Dicke des Deckels gleich der Dicke des Grundkörpers, und vorzugsweise ist das Material des Deckels gleich dem Material des Grundkörpers, sodass diese beispielsweise aus dem gleichen Halbzeug hergestellt werden können. Insbesondere ist der Deckel bündig mit dem Grundkörper, sodass der Verbund aus Deckel und Grundkörper im Wesentlichen ebenfalls plattenförmig ausgestaltet ist. Zweckmäßigerweise jedoch ist der Deckel von dem Rand des Grundkörpers beabstandet, sodass der Kühlkörper stufenförmig ausgestaltet ist. Der Rand bildet hierbei die Begrenzung des Grundkörpers in der Ausdehnungsebene. Zweckmäßigerweise ist der Deckel umfangsseitig von der Schweißnaht umgeben, mittels derer der Deckel an dem Grundkörper gehalten wird. Infolgedessen ist auch bei einem vergleichsweise hohen Druck des innerhalb der Nut bewegten Fluides eine Ausbeulung oder Auswölbung des Deckels verringert, weswegen ein Austritt des Fluides aus der Nut unterbunden oder zumindest reduziert ist. Aufgrund der Schweißnaht wird zudem im Wesentlichen ein Austritt des Fluides aus dem zwischen dem Deckel und dem Grundkörper gebildeten Raumbereichs vermieden und insbesondere lediglich auf die Öffnungen des Deckels beschränkt, sofern diese vorhanden sind.For example, the cover is also designed in the form of a plate and expediently has a thickness of between 5 mm and 1 cm, in particular between 6 mm and 8 mm. Suitably, the thickness of the cover is equal to the thickness of the body, and preferably the material of the cover is the same as the material of the body, so that they can be made from the same semi-finished product, for example. In particular, the cover is flush with the base body, so that the combination of cover and base body is also essentially plate-shaped. Expediently, however, the cover is at a distance from the edge of the base body, so that the heat sink is designed in a stepped manner. In this case, the edge forms the delimitation of the base body in the expansion plane. The cover is expediently surrounded on the peripheral side by the weld seam, by means of which the cover is held on the base body. As a result, even with a comparatively high pressure of the fluid moving within the groove, a bulging or bulging of the cover is reduced, which is why an escape of the fluid from the groove is prevented or at least reduced. The weld seam also essentially prevents the fluid from escaping from the spatial area formed between the cover and the base body and, in particular, is only restricted to the openings of the cover, if these are present.

Zweckmäßigerweise weist die Nut eine Anzahl zueinander parallel geschalteter Kanäle auf. Mit anderen Worten umfasst die Nut zumindest zwei Zweigstellen, wobei die beiden Zweigstellen jeweils mittels einer Anzahl der Kanäle verbunden sind. Hierbei ist die Länge der Kanäle zweckmäßigerweise gleich. Insbesondere ist die Anzahl der Kanäle zwischen zwei Kanälen und zehn Kanälen, zwischen drei Kanälen und sieben Kanälen und insbesondere zwischen vier Kanälen und sechs Kanälen. Hierbei ist mittels der Nut im Bereich der Kanäle und den Kanälen zweckmäßigerweise eine Z-Form gebildet. Mit anderen Worten ist die Nut im Bereich der Kanäle Z-förmig ausgestaltet, wobei der mittlere Bereich mittels der Kanäle gebildet ist, und wobei die verbleibenden Schenkel jeweils mittels nur eines einzigen Kanals, der die Nut bildet, gebildet ist. Hierbei sind die Kanäle vorzugsweise geometrisch zueinander parallel angeordnet. Infolgedessen ist die Weglänge des Fluides durch die Nut im Wesentlichen gleich, unabhängig von dem Kanal, durch den das Fluid geführt wird. Vorzugsweise ist auch unabhängig von der Z-Form die Weglänge, die das Fluid durch die Nut geführt wird, unabhängig von dem konkreten Kanal, sofern mehrere Kanäle vorhanden sind. Infolgedessen ist eine Rückführung des Fluides durch etwaige anderer Kanäle oder ein vergleichsweise großer Wärmegradient innerhalb des Kühlkörpers bei Betrieb vermieden.The groove expediently has a number of channels connected in parallel with one another. In other words, the groove comprises at least two branches, the two branches being connected in each case by means of a number of the channels. Here, the length of the channels is expediently the same. In particular, the number of channels is between two channels and ten channels, between three channels and seven channels, and particularly between four channels and six channels. In this case, a Z-shape is expediently formed by means of the groove in the region of the channels and the channels. In other words, the groove is Z-shaped in the region of the channels, with the middle region being formed by the channels, and with the remaining legs each being formed by only a single channel that forms the groove. In this case, the channels are preferably arranged geometrically parallel to one another. As a result, the path length of the fluid through the groove is essentially the same regardless of the channel through which the fluid is passed. Preferably, the path length that the fluid is guided through the groove is also independent of the Z-shape, independent of the specific channel, provided there are several channels. As a result, recirculation of the fluid through any other channels or a comparatively large thermal gradient within the heat sink is avoided during operation.

Beispielsweise liegt das zu kühlende Bauteil im Wesentlichen plan an dem Grundkörper oder dem Deckel an. Besonders bevorzugt jedoch ist eine dem Deckel abgewandte Oberfläche des Grundkörpers mit einer Wärmeleitpaste versehen. Insbesondere liegt hierbei das zu kühlende Bauteil an der mit der Wärmeleitpaste versehenen Oberfläche an. Auf diese Weise ist ein Wärmeübertrag zwischen dem zu kühlenden Bauteil und dem Grundkörper und somit dem innerhalb der Nut bewegten und angeordneten Fluid verbessert. Alternativ oder in Kombination hierzu ist an der dem Deckel abgewandten Oberfläche des Grundkörpers ein weiterer Körper angebunden, wobei beispielsweise zwischen dem Grundkörper und dem weiteren Körper die Wärmeleitpaste vorhanden ist. Alternativ hierzu liegen der weitere Körper und der Grundkörper mechanisch direkt aneinander an. Zweckmäßigerweise ist hierbei der weitere Körper zwischen dem Grundkörper und dem zu kühlenden Bauteil angeordnet, und das zu kühlende Bauteil liegt beispielsweise direkt an dem weiteren Körper oder über eine Wärmeleitpaste an dem weiteren Körper an. Der weitere Körper ist beispielsweise plattenförmig ausgestaltet und/oder parallel zu dem Grundkörper angeordnet. Insbesondere ist der weitere Körper quaderförmig ausgestaltet und weist beispielsweise eine Dicke zwischen 0,5 cm und 2 cm auf. Der weitere Körper ist insbesondere aus einem Aluminium, beispielsweise reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung erstellt, und somit ein Aluminiumkörper. Alternativ ist der weitere Körper aus einem Kupfer, also reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung, erstellt und somit ein Kupferkörper. In einer weiteren Alternative ist der weitere Körper aus einem sonstigen Metall gefertigt, das vorzugsweise einen vergleichsweise großen Wärmeleitkoeffizienten aufweist.For example, the component to be cooled rests essentially flat against the base body or the cover. However, a surface of the base body facing away from the cover is particularly preferably provided with a thermally conductive paste. In particular, the component to be cooled is in contact with the surface provided with the thermally conductive paste. In this way, a heat transfer between the component to be cooled and the base body and thus the fluid moved and arranged within the groove is improved. Alternatively or in combination with this, a further body is attached to the surface of the base body facing away from the cover, with the thermally conductive paste being present, for example, between the base body and the further body. As an alternative to this, the further body and the base body are mechanically in direct contact with one another. In this case, the additional body is expediently arranged between the base body and the component to be cooled, and the component to be cooled rests, for example, directly against the additional body or via a thermally conductive paste on the additional body. The additional body is designed, for example, in the form of a plate and/or is arranged parallel to the base body. In particular, the additional body is cuboid and has a thickness of between 0.5 cm and 2 cm, for example. The other body is made in particular from aluminum, for example pure aluminum or an aluminum alloy, and is therefore an aluminum body. Alternatively, the further body is made of copper, that is to say pure copper or a copper alloy, and is therefore a copper body. In a further alternative, the further body is made from some other metal, which preferably has a comparatively large coefficient of thermal conductivity.

Der Aluminiumkörper weist einen verbesserten Wärmeleitkoeffizienten als der Grundkörper auf. Bei Betrieb wird somit insbesondere mittels des Aluminiumkörpers die Wärme des zu kühlenden Bauteils aufgenommen und von diesem an den Grundkörper abgegeben. Von hier wird die Wärme an das innerhalb der Nut angeordnete Fluid abgegeben. Bei Betrieb wird beispielsweise im Wesentlichen kontinuierlich das Fluid durch die Nut geführt. Alternativ wird das Fluid lediglich stoßweise, also zu bestimmten Zeitintervallen, durch die Nut geleitet. In der verbleibenden Zeit ist beispielsweise die Nut frei von dem Fluid oder das Fluid wird in der Nut im Wesentlichen nicht bewegt. Während des Durchflusses des Fluides durch die Nut wird die Wärme von dem Grundkörper und dem Aluminiumkörper abtransportiert, sodass diese vergleichsweise effizient gekühlt werden. Bei nicht bewegtem Fluid wird die von dem zu kühlenden Bauteil abgegebene Wärme im Wesentlichen mittels des Aluminiumkörpers aufgenommen. Infolgedessen kann auch ein vergleichsweise kühles Fluid herangezogen werden, ohne dass eine Kondenswasserbildung im Bereich des Kühlkörpers erfolgt. Eine Überhitzung des zu kühlenden Bauteils ist aufgrund der Wärmespeicherkapazität des Aluminiumkörpers verhindert.The aluminum body has an improved coefficient of thermal conductivity than the base body. During operation, the heat of the component to be cooled is thus absorbed, in particular by means of the aluminum body, and given off by it to the base body. From here the heat is given off to the fluid arranged inside the groove. During operation, for example, the fluid is fed through the groove essentially continuously. Alternatively, the fluid is only passed through the groove intermittently, ie at specific time intervals. In the remaining time, for example, the groove is free of the fluid or the fluid is essentially not moved in the groove. As the fluid flows through the groove, the heat is transported away from the base body and the aluminum body, so that they are cooled comparatively efficiently. When the fluid is not moving, the heat given off by the component to be cooled is essentially absorbed by the aluminum body. As a result, a comparatively cool fluid can also be used without that condensation forms in the area of the heat sink. Overheating of the component to be cooled is prevented due to the heat storage capacity of the aluminum body.

Insbesondere betrifft die Erfindung somit auch ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlkörpers, der geeigneterweise den Aluminiumkörper aufweist. Hierbei wird das Fluid stoßweise zu bestimmten Zeitintervallen durch die Nut geleitet, bis beispielsweise eine Temperatur des Kühlkörpers unterhalb eines ersten Grenzwerts ist. Sobald die Temperatur des Kühlkörpers oberhalb eines zweiten Grenzwerts ist, wird zweckmäßigerweise erneut die Bewegung des Fluides durch die Nut aufgenommen, insbesondere so lange bis die Temperatur des Kühlkörpers erneut unterhalb die ersten Grenzwert gefallen ist. Zweckmäßigerweise ist der erste Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert, und der erste Grenzwert ist beispielsweise zwischen 30° und 50°, und der zweite Grenzwert ist beispielsweise zwischen 40°/50° und 70°.In particular, the invention thus also relates to a method for operating a heat sink, which suitably has the aluminum body. In this case, the fluid is intermittently conducted through the groove at specific time intervals until, for example, a temperature of the heat sink is below a first limit value. As soon as the temperature of the heat sink is above a second limit value, the movement of the fluid through the groove is expediently resumed, in particular until the temperature of the heat sink has fallen below the first limit value again. Expediently, the first limit value is smaller than the second limit value, and the first limit value is, for example, between 30° and 50° and the second limit value is, for example, between 40°/50° and 70°.

Beispielsweise ist der Deckel U-förmig oder O-förmig ausgestaltet. Infolgedessen ist es ermöglicht, den Deckel im Randbereich über eine vergleichsweise große Strecke an dem Grundkörper zu befestigen. Hierfür wird insbesondere die Schweißnaht herangezogen, die geeigneterweise umlaufend ausgestaltet ist. Bei einer O-förmigen Ausgestaltung des Deckels ist zweckmäßigerweise die Begrenzung der inneren Aussparung ebenfalls an dem Grundkörper befestigt, vorzugsweise mittels einer Schweißnaht. Somit wird eine Beabstandung des Deckels von dem Grundkörper, ein sogenanntes Ausbeulen, vermieden oder zumindest begrenzt, welches anderweitig aufgrund eines erhöhten Druckes des in der Nut bewegten Fluides auftreten könnte. Infolgedessen wird das Fluid größtenteils durch die Nut geleitet, und ein Leckfluss zwischen den beiden Enden ist unterbunden oder verringert, was eine Kühlleistung erhöht. Zweckmäßigerweise ist der Deckel umfangsseitig vollständig an dem Grundkörper befestigt, vorzugsweise mittels einer umlaufenden Schweißnaht. Infolgedessen ist ein Austritt der Leckage zwischen dem Deckel und dem Grundkörper vermieden, weswegen ein Einsatzbereich des Kühlkörpers vergrößert ist, da ein elektrischer Kurzschluss aufgrund eines aus dem Kühlkörper austretenden Fluides verhindert ist.For example, the cover is U-shaped or O-shaped. As a result, it is possible to fasten the cover in the edge area to the base body over a comparatively large distance. The weld seam, which is suitably configured circumferentially, is used in particular for this purpose. In the case of an O-shaped configuration of the cover, the delimitation of the inner recess is expediently likewise fastened to the base body, preferably by means of a weld seam. Thus, a spacing of the cover from the base body, a so-called bulging, is avoided or at least limited, which could otherwise occur due to an increased pressure of the fluid moving in the groove. As a result, the fluid is largely passed through the groove, and leakage flow between both ends is suppressed or reduced, increasing cooling performance. Expediently, the cover is completely attached to the base body on the peripheral side, preferably by means of a peripheral weld seam. As a result, the leakage between the cover and the base body is prevented from escaping, which is why a range of use of the heat sink is increased, since an electrical short circuit due to a fluid escaping from the heat sink is prevented.

Alternativ oder in Kombination hierzu ist der Deckel mehrteilig, wobei unterschiedliche Abschnitte der Nut zweckmäßigerweise mittels unterschiedlichen Teilen des Deckels abgedeckt sind. Hierbei stoßen die einzelnen Teile des Deckels zweckmäßigerweise aneinander und sind insbesondere fluiddicht aneinander befestigt. Aufgrund der Mehrteiligkeit des Deckels ist eine vergleichsweise großflächige Befestigung des Deckels oder eine Befestigung über eine vergleichsweise große Länge an dem Grundkörper ermöglicht, weswegen eine Beabstandung des Deckels von dem Grundkörper verhindert oder zumindest verringert ist.Alternatively or in combination with this, the cover is in several parts, different sections of the groove being expediently covered by different parts of the cover. Here, the individual parts of the lid expediently abut one another and, in particular, are fastened to one another in a fluid-tight manner. Due to the multi-part nature of the cover, a comparatively large-area attachment of the cover or attachment over a comparatively large length on the base body is made possible, which is why the distance between the cover and the base body is prevented or at least reduced.

Die Erfindung betrifft ferner einen Umrichter mit einem derartigen Kühlkörper, wobei der Kühlkörper zweckmäßigerweise an einem Leistungsmodul des Umrichters angebunden ist. Zudem betrifft die Erfindung einen Verbund aus einem Kühlkörper und einem Leistungsmodul, wobei der Kühlkörper thermisch mit dem Leistungsmodul kontaktiert ist und vorzugsweise mechanisch direkt an dem Leistungsmodul anliegt. Das Leistungsmodul umfasst insbesondere eine Anzahl an Halbleitern, insbesondere Halbleiterschalter, die beispielsweise als Leistungshalbleiter ausgestaltet sind. Zudem betrifft die Erfindung einen zweiten Verbund mit dem Kühlkörper und einen Halbleiter, der insbesondere ein Leistungshalbleiter, wie ein Leistungshalbleiterschalter ist. Hierbei ist der Kühlkörper thermisch mit dem Halbleiter kontaktiert und liegt geeigneterweise mechanisch direkt an dem Halbleiter an.The invention also relates to a converter with a heat sink of this type, the heat sink being expediently connected to a power module of the converter. In addition, the invention relates to a combination of a heat sink and a power module, the heat sink being in thermal contact with the power module and preferably mechanically bearing directly on the power module. The power module includes, in particular, a number of semiconductors, in particular semiconductor switches, which are configured as power semiconductors, for example. In addition, the invention relates to a second assembly with the heat sink and a semiconductor, which is in particular a power semiconductor, such as a power semiconductor switch. In this case, the heat sink is in thermal contact with the semiconductor and is suitably mechanically in direct contact with the semiconductor.

Ein Kühlkörper mit einem aus einem Edelstahl erstellten Grundkörper, in den eine Nut mit einem ersten Ende und mit einem zweiten Ende eingebracht ist, und mit einem aus einem Edelstahl erstellten Deckel, der an dem Grundkörper befestigt und mittels dessen die Nut abgedeckt ist, wird zur Kühlung eines Leistungsmoduls und/oder eines Leistungshalbleiters eines Umrichters verwendet, wofür durch die Nut ein Fluid geleitet wird. Mit anderen Worten erfolgt die Kühlung mittels des durch die Nut geleiteten Fluides. Hierbei strömt bei Betrieb das Fluid durch die Nut, wobei das Fluide zweckmäßigerweise durch eine Öffnung des Deckels eingeleitet und durch eine weitere Öffnung des Deckels aus der Nut ausgeleitet wird. Das Fluid ist beispielsweise Wasser oder ein Öl. Geeigneterweise ist das Fluid ein Bestandteil eines Kühlkreislaufs, der beispielsweise geschlossen oder besonders bevorzugt offen ausgestaltet ist. Mit anderen Worten erfolgt ein ständiger Austausch des durch die Nut geleiteten Fluides. Aufgrund des Edelstahls ist hierbei eine Korrosion im Wesentlichen ausgeschlossen. Zweckmäßigerweise ist der Kühlkörper aus einem rostfreien Edelstahl erstellt.A heat sink with a base body made of stainless steel, in which a groove with a first end and a second end is introduced, and with a cover made of stainless steel, which is attached to the base body and by means of which the groove is covered, becomes the Cooling of a power module and / or a power semiconductor of a converter used, for which a fluid is passed through the groove. In other words, the cooling takes place by means of the fluid conducted through the groove. During operation, the fluid flows through the groove, with the fluid expediently being introduced through an opening in the cover and being discharged from the groove through a further opening in the cover. The fluid is, for example, water or an oil. The fluid is suitably a component of a cooling circuit which is designed, for example, to be closed or, particularly preferably, to be open. In other words, there is a constant exchange of the fluid conducted through the groove. Due to the stainless steel, corrosion is essentially excluded. The heat sink is expediently made of stainless steel.

Das Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers sieht vor, dass in einem ersten Arbeitsschritt in einen Grundkörper aus einem Edelstahl eine Nut mit einem ersten Ende und mit einem zweiten Ende eingebracht wird. Die Nut ist hierbei ein nach oben offener Kanal und wird zweckmäßigerweise in eine Oberfläche des Grundkörpers eingebracht. Beispielsweise erfolgt die Einbringung während der Erstellung des Grundkörpers, zum Beispiel während eines Gusses des Grundkörpers. Insbesondere wird die Nut in den Grundkörper mittels Kaltverformung eingebracht, beispielsweise mittels Schmieden. Besonders bevorzugt jedoch wird die Nut mittels Fräsen in den Grundkörper eingebracht.The method for producing a heat sink provides that, in a first working step, a groove with a first end and a second end is introduced into a base body made of stainless steel. In this case, the groove is a channel which is open at the top and is expediently introduced into a surface of the base body. For example, the introduction takes place during the creation of the base body, for example during a casting of the base body. In particular, the groove is made in the base body by means of cold working introduced, for example by forging. However, the groove is particularly preferably introduced into the base body by means of milling.

In einem weiteren Arbeitsschritt wird die Nut mittels eines Deckels aus einem Edelstahl abgedeckt. Hierbei ist der Deckel beispielsweise mehrteilig oder einteilig ausgestaltet, und die Nut wird geeigneterweise vollflächig mittels des Deckels überdeckt, wobei insbesondere die Begrenzung des Deckels von der Nut beabstandet ist. Beispielsweise weist der Deckel zwei Öffnungen auf, die im Bereich der beiden Enden der Nut angeordnet werden. In einem weiteren Arbeitsschritt wird der Deckel an dem Grundkörper befestigt. Insbesondere wird der Deckel mit dem Grundkörper verschweißt, beispielsweise punktverschweißt. Vorzugsweise wird zum Verschweißen eine Schweißnaht herangezogen, sodass der Deckel an dem Grundkörper mittels einer Schweißnaht-Verbindung befestigt ist. Zweckmäßigerweise ist die Schweißnaht umfangsseitig um den Deckel bzw. den Grundkörper umlaufend ausgestaltet, was einen Austritt von einem in die Nut eingeleiteten Fluid verhindert.In a further step, the groove is covered with a cover made of stainless steel. In this case, the cover is designed in several parts or in one piece, for example, and the groove is suitably covered over its entire surface by means of the cover, with the boundary of the cover in particular being spaced apart from the groove. For example, the cover has two openings that are arranged in the area of the two ends of the groove. In a further step, the cover is attached to the base body. In particular, the cover is welded to the base body, for example spot welded. A weld seam is preferably used for welding, so that the cover is attached to the base body by means of a weld seam connection. The weld seam is expediently designed to run around the circumference of the cover or the base body, which prevents a fluid introduced into the groove from escaping.

Die im Zusammenhang mit dem Kühlkörper, dem Umrichter, dem Verfahren zum Betrieb und/oder der Verwendung des Kühlkörpers genannten Weiterbildungen und Vorteile sind sinngemäß auch auf das Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers zu übertragen und umgekehrt.The developments and advantages mentioned in connection with the heat sink, the converter, the method for operating and/or the use of the heat sink can also be transferred to the method for producing a heat sink and vice versa.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 einen Umrichter mit Leistungsmodulen und Kühlkörpern,
2 perspektivisch einen der Kühlköper und eines der Leistungsmodule,
3 - 5 in einer Draufsicht jeweils Varianten des Kühlköpers,
6, 7 in einer Schnittdarstellung weitere Varianten des Kühlkörpers,
8 ein Verfahren zur Herstellung des Kühlkörpers, und
9 - 11 jeweils Varianten des Kühlköpers.

Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. Show in it:

1 a converter with power modules and heat sinks,
2 in perspective one of the heat sinks and one of the power modules,
3 - 5 in a plan view of each variant of the heatsink,
6 , 7 in a sectional view further variants of the heat sink,
8th a method of manufacturing the heat sink, and
9 - 11 each variant of the heatsink.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

In 1 ist ein Umrichter 2 in Form eines Wechselrichters dargestellt. Der Umrichter 2 ist an ein zweipoliges Versorgernetzwerk 4 angeschlossen, welches eine elektrische Spannung von 560 Volt oder 640 Volt bereitstellt. Mittels des Umrichters 2 wird die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umgewandelt, welche in ein Betriebsnetzwerk 6 eingespeist wird. Zur Umwandlung weist der Umrichter 2 drei Leistungsmodule 8 auf, die sowohl mit dem Versorgernetzwerk 4 als auch mit dem Betriebsnetzwerk 6 elektrisch kontaktiert sind. Die Leistungsmodule 8 sind zueinander baugleich und weisen jeweils ein Gehäuse 10 auf, innerhalb dessen zwei Leistungshalbleiterschalter 12 in Form von MOSFET's sowie Leistungsdioden 14 angeordnet sind. Die Halbleiterschalter 12 sind zu einer Brückenschaltung miteinander verschaltet, nämlich zu einer B6-Schaltung, wobei mittels der Leistungsdioden 14 beispielsweise jeweils einer der Leistungshalbleiterschalter 12 überbrückt ist. Die Leistungshalbleiterschalter 12 sowie die Leistungsdioden 14 sind thermisch mit dem Gehäuse 10 des jeweiligen Leistungsmoduls 8 kontaktiert. An dem Gehäuse 10 jedes Leistungsmoduls 8 liegt außenseitig mechanisch direkt ein Kühlkörper 16 an, sodass mittels des Kühlkörpers 16 bei Betrieb das Leistungsmodul 8 sowie die Leistungshalbleiterschalter 12 des jeweiligen Leistungsmoduls 8 gekühlt werden.In 1 a converter 2 is shown in the form of an inverter. The converter 2 is connected to a two-pole supply network 4, which provides an electrical voltage of 560 volts or 640 volts. The DC voltage is converted by means of the converter 2 into a three-phase AC voltage, which is fed into an operating network 6 . For the purpose of conversion, the converter 2 has three power modules 8 which make electrical contact both with the supply network 4 and with the operating network 6 . The power modules 8 are structurally identical to one another and each have a housing 10 within which two power semiconductor switches 12 in the form of MOSFETs and power diodes 14 are arranged. The semiconductor switches 12 are connected to one another to form a bridge circuit, namely a B6 circuit, one of the power semiconductor switches 12 being bridged by means of the power diodes 14, for example. The power semiconductor switches 12 and the power diodes 14 are in thermal contact with the housing 10 of the respective power module 8 . A heat sink 16 mechanically bears directly on the outside of the housing 10 of each power module 8 , so that the power module 8 and the power semiconductor switches 12 of the respective power module 8 are cooled by means of the heat sink 16 during operation.

In 2 ist der Verbund aus einem der Kühlkörper 16 sowie dem zugeordneten Leistungsmodul 8 dargestellt. Der Kühlkörper 16 weist einen plattenförmigen Grundkörper 18 auf, der aus einem Edelstahl erstellt ist. Der Edelstahl ist rostfrei und V2A. An einer Oberfläche 20, die parallel zur Ausdehnungsebene des quaderförmigen Grundkörpers 18 ist, ist ein einteiliger U-förmiger Deckel 22 mittels einer umfangsseitig umlaufenden Schweißnaht 24 befestigt. Der Deckel 22 ist ebenfalls aus einem rostfreien Edelstahl und ebenfalls aus V2A erstellt. Der Deckel 22 ist von dem umlaufenden Rand 26 des Grundkörpers 18 beabstandet, weswegen der Kühlkörper 16 stufenförmig ausgestaltet ist. Auch ist die Dicke des plattenförmigen Deckels 22, dessen Ausdehnungsebene parallel zu der Ausdehnungsebene des Grundkörpers 18 ist, gleich oder kleiner als die Dicke des Grundkörpers 18 in der gleichen Richtung. Die Dicke beträgt hierbei 6 mm und verläuft jeweils senkrecht zur Ausdehnungsebene. Der Deckel 22 weist im Bereich der Freienden der zueinander parallelen Schenkel der U-Form jeweils eine Öffnung 28 in Form eines Auslasses 30 auf, der ebenfalls aus Edelstahl gefertigt ist. Der Auslass 30 ist hierbei ein Rohrbogen bzw. Rohrwinkel, welcher dem Anschluss einer nicht näher dargestellten Fluidleitung dient.In 2 the combination of one of the heat sinks 16 and the associated power module 8 is shown. The heat sink 16 has a plate-shaped base body 18 made of stainless steel. The stainless steel is rustproof and V2A. A one-piece U-shaped cover 22 is fastened to a surface 20, which is parallel to the plane of extension of the cuboid base body 18, by means of a weld seam 24 running around the circumference. The cover 22 is also made of stainless steel and also made of V2A. The cover 22 is spaced from the peripheral edge 26 of the base body 18, which is why the heat sink 16 is designed in steps. Also, the thickness of the plate-shaped lid 22, whose extension plane is parallel to the extension plane of the main body 18, is equal to or smaller than the thickness of the main body 18 in the same direction. The thickness here is 6 mm and runs perpendicular to the plane of expansion. In the area of the free ends of the mutually parallel legs of the U-shape, the cover 22 has an opening 28 in the form of an outlet 30, which is also made of stainless steel. The outlet 30 is a pipe bend or pipe angle, which is used to connect a fluid line that is not shown in detail.

Die dem Deckel 22 abgewandte Oberfläche 32 des Grundkörpers 18, die parallel zur Oberfläche 20 des Grundkörperse 18 ist, ist vollflächig mit einer Wärmeleitpaste 34 versehen, und der Grundkörper 18 liegt über die Wärmeleitpaste 34 an einem Aluminiumkörper 36 an, der plattenförmig ausgestaltet und bündig mit dem Rand 26 des Grundkörpers 18 ist. Die Dicke des Aluminiumkörpers 36 ist 1 cm. An dem Aluminiumkörper 36 liegt über eine nicht näher dargestellte Wärmeleitpaste das Leistungsmodul 8 an, sodass das Leistungsmodul 8 mit dem Aluminiumkörper 36 des Kühlkörpers 16 thermisch kontaktiert ist.The surface 32 of the base body 18 facing away from the cover 22, which is parallel to the surface 20 of the base body 18, is provided with a thermally conductive paste 34 over its entire surface, and the base body 18 rests on the thermally conductive paste 34 on an aluminum body 36, which is plate-shaped and flush with the edge 26 of the base body 18 is. The thickness of the aluminum body 36 is 1 cm. The power module 8 lies on the aluminum body 36 via a thermally conductive paste that is not shown in detail on, so that the power module 8 is in thermal contact with the aluminum body 36 of the heat sink 16 .

In 3 ist der Kühlkörper 16 in einer Draufsicht dargestellt, wobei der Deckel 22 strichliert gezeigt ist. Eine der Öffnungen 28 mündet in einem ersten Ende 38 und die weitere Öffnung 28 in einem zweiten Ende 40 einer Nut 42, die sich zwischen den beiden Enden 38,40 erstreckt. Die Nut 42 ist in den Grundkörper 18 eingebracht und vom Rand 26 des Grundkörpers 18 beabstandet. Zudem ist die Nut 42 vollständig mittels des Deckels 22 abgedeckt und verläuft mäanderförmig unter diesem. Hierbei ist der Verlauf der Nut 42 auf die Anordnung der Leistungshalbleiterschalter 12 sowie der Leistungsdiode 14 angepasst. Somit verläuft die Nut 42 im Bereich dieser und ist zweckmäßigerweise im Wesentlichen oberhalb der Leistungshalbleiterschalter 12 sowie der Leistungsdiode 14 entlang geführt ist. Zusammenfassend weist der Deckel 22 im Bereich der beiden Enden 38,40 die Öffnungen 28 auf, und die Nut 42 ist mittels des Deckels 22 abgedeckt, der an dem Grundkörper 18 befestigt ist. Die Nut 42 weist ferner zwei Abschnitte mit jeweils zueinander parallel geschalteten Kanälen 44 auf, die Z- bzw. stufenförmig mit weiteren Bestandteilen der Nut 42 verbunden sind. Die Kanäle 44 dienen der Aufteilung eines durch die Nut 42 geleiteten Fluides, weswegen eine Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich verringert ist. Infolgedessen ist eine Wärmeaufnahme durch das Fluid erhöht.In 3 Figure 1 shows the heat sink 16 in a plan view, with the cover 22 being shown in phantom. One of the openings 28 opens into a first end 38 and the other opening 28 into a second end 40 of a groove 42 which extends between the two ends 38,40. The groove 42 is introduced into the base body 18 and spaced from the edge 26 of the base body 18 . In addition, the groove 42 is completely covered by the cover 22 and runs under it in a meandering manner. In this case, the course of the groove 42 is adapted to the arrangement of the power semiconductor switches 12 and the power diode 14 . The groove 42 thus runs in the region of this and is expediently guided along essentially above the power semiconductor switch 12 and the power diode 14 . In summary, the cover 22 has the openings 28 in the area of the two ends 38 , 40 , and the groove 42 is covered by the cover 22 which is fastened to the base body 18 . The groove 42 also has two sections, each with channels 44 connected in parallel to one another, which are connected to other components of the groove 42 in a Z-shape or stepped manner. The channels 44 are used to divide a fluid conducted through the groove 42, which is why a flow rate is reduced in this area. As a result, heat absorption by the fluid is increased.

Bei Betrieb wird durch einen der Auslässe 30 das Fluid, insbesondere Wasser, aus einem offenen Kühlkreislauf zu dem ersten Ende 38 der Nut 42 gepumpt. Das Fluid fließt durch die Nut 42 sowie durch die zueinander parallel geschalteten Kanäle 44 und wird über den dem zweiten Ende 40 zugeordneten Auslass 30 aus der Nut 42 befördert. Infolgedessen wird eine von dem Leistungsmodul 8 an den Aluminiumkörper 36 und von diesem an den Grundkörper 18 abgegebene Wärme von dem Fluid aufgenommen und somit abtransportiert, was zu einer Kühlung des Leistungshalbleiters 8 führt. Hierbei wird das Fluid lediglich stoßweise durch die Nut 42 bewegt, und der Aluminiumkörper 36 dient als Aufnahme der Wärme, sofern das in der Nut 42 angeordnete Fluid nicht bewegt wird. Infolgedessen kann ein vergleichsweise kaltes Fluid zur Kühlung herangezogen werden, wobei aufgrund des stoßweisen Betriebs eine vergleichsweise starke Abkühlung des Kühlkörpers 16 bzw. des Leistungsmoduls 18 unterbunden ist, welches anderweitig zu einer Kondenswasserbildung führen könnte. Aufgrund der parallel geschalteten Kanäle 44 wird ein vergleichsweise großer Bereich abgekühlt, wobei die Temperatur im Bereich der einzelnen Kanäle 44 im Wesentlichen konstant und ein Wärmegradient vergleichsweise gering ist. Aufgrund der Schweißnaht 24 wird ein Austritt des Fluides zwischen dem Deckel 22 und dem Grundkörper 18 vermieden, falls der Deckel 22 gering von dem Grundkörper 18 beabstandet wird.In operation, the fluid, in particular water, is pumped from an open cooling circuit to the first end 38 of the groove 42 through one of the outlets 30 . The fluid flows through the groove 42 and through the channels 44 connected parallel to one another and is conveyed out of the groove 42 via the outlet 30 assigned to the second end 40 . As a result, heat given off by the power module 8 to the aluminum body 36 and from this to the base body 18 is absorbed by the fluid and thus transported away, which leads to a cooling of the power semiconductor 8 . In this case, the fluid is only moved intermittently through the groove 42, and the aluminum body 36 serves to absorb the heat if the fluid arranged in the groove 42 is not moved. As a result, a comparatively cold fluid can be used for cooling, with a comparatively strong cooling of the heat sink 16 or the power module 18 being prevented due to the intermittent operation, which could otherwise lead to the formation of condensation water. Due to the channels 44 connected in parallel, a comparatively large area is cooled, the temperature in the area of the individual channels 44 being essentially constant and a thermal gradient being comparatively low. The weld seam 24 prevents the fluid from escaping between the cover 22 and the base body 18 if the cover 22 is slightly spaced from the base body 18 .

In 4 ist eine Abwandlung des Kühlkörpers 16 dargestellt. Hierbei ist der Deckel 22 abgewandelt, und der Grundkörper 18 im Wesentlichen unverändert belassen. Auch ist beispielsweise der Aluminiumkörper 36 und/oder die Wärmeleitpaste 34 weggelassen. Der Deckel 22 zumindest ist mehrteilig ausgestaltet und weist einen ersten Teil 46 mit einer der Öffnungen 28, einen zweiten Teil 48 mit der weiteren Öffnung 28 sowie einen dritten Teil 50 auf. Die drei Teile 46,48,50 sind jeweils rechteckförmig ausgestaltet, weswegen ein Verschnitt verringert ist. Zudem ist eine Befestigung des Deckels 22 im Bereich der Stoßkanten zwischen dem ersten Teil 46 und dem dritten Teil 50 sowie zwischen dem zweiten Teil 48 und dem dritten Teil 50 an dem Grundkörper 18 möglich, sodass eine Auswölbung des Deckels in diesem Bereich aufgrund eines Überdrucks des durch die Nut 42 bewegten Fluides vermieden ist.In 4 a modification of the heat sink 16 is shown. In this case, the cover 22 is modified and the base body 18 is left essentially unchanged. The aluminum body 36 and/or the thermally conductive paste 34 is also omitted, for example. The cover 22 is at least designed in several parts and has a first part 46 with one of the openings 28 , a second part 48 with the further opening 28 and a third part 50 . The three parts 46,48,50 are each designed in a rectangular shape, which is why waste is reduced. In addition, the cover 22 can be fastened to the base body 18 in the area of the abutting edges between the first part 46 and the third part 50 and between the second part 48 and the third part 50, so that the cover cannot bulge in this area due to excess pressure in the is avoided through the groove 42 moving fluid.

In 5 ist eine weitere Abänderung des Kühlkörpers 16 dargestellt, bei dem wiederum lediglich der Deckel 22 abgewandelt ist. Der Deckel 22 ist vom Rand 26 des Grundkörpers 18 beabstandet und im Wesentlichen O-förmig und einteilig ausgestaltet. Mit anderen Worten weist der Deckel 22 eine zentrale Aussparung 52 auf, die von der Nut 42 beabstandet ist. Auch ist die Begrenzung der Aussparung mit der Schweißnaht 24 versehen, sodass auch hier eine Auswölbung des Deckels 22 bezüglich des Grundkörpers 18 bei einem erhöhten Druck des durch die Öffnungen 28 eingeleiteten Fluides vermieden ist. Zudem wird aufgrund der Schweißnähte 24, wie bereits bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, ein Austritt des Fluides zwischen dem Deckel 22 und dem Grundkörper 18 vermieden, auch falls der Deckel 22 aufgrund eines erhöhten Drucks des Fluides 42 teilweise von dem Grundkörper 18 beabstandet wird.In 5 a further modification of the heat sink 16 is shown, in which again only the cover 22 is modified. The cover 22 is spaced from the edge 26 of the base body 18 and is essentially O-shaped and designed in one piece. In other words, the lid 22 has a central recess 52 spaced from the groove 42 . The delimitation of the recess is also provided with the weld seam 24, so that a bulging of the cover 22 with respect to the base body 18 is avoided in the event of an increased pressure of the fluid introduced through the openings 28. In addition, as in the previous exemplary embodiments, the weld seams 24 prevent the fluid from escaping between the cover 22 and the base body 18, even if the cover 22 is partially spaced from the base body 18 due to increased pressure of the fluid 42.

In 6 ist der Verbund aus dem Kühlkörper 16 sowie Leistungsmodul 8 in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Ausdehnungsebene des plattenförmigen Grundkörpers 18 dargestellt. Insbesondere ist dies ein Querschnitt des in 2 dargestellten Kühlkörpers 16, bei dem der Aluminiumkörper 36 sowie die Wärmeleitpaste 34 weggelassen sind. Der Deckel 22 ist wiederum U- oder O-förmig ausgestaltet und weist somit die zwei zueinander parallelen, gezeigten Schenkel auf. Jeder Schenkel ist im Randbereich mittels der Schweißnaht 24 an dem Grundkörper 18 befestigt und deckt die Nut 42 ab, die einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Aufgrund des rechteckförmigen Querschnitts tritt eine Verwirbelung des durch die Nut 42 bewegten Fluides ein, was die Wärmeaufnahme durch das Fluid verbessert. Zudem ist jeweils ein Abschnitt der Nut 42 einem der Halbleiterschalter 12 zugeordnet. Die Halbleiterschalter 12 überdecken hierbei die Nut 42 bei einer Projektion senkrecht zur Ausdehnungsebene des plattenförmigen Kühlkörpers 18. Infolgedessen ist ein Wärmeabtransport von den Leistungshalbleiterschaltern 12 verbessert. Zudem ist die Tiefe 54 der Nut, also deren Ausdehnung von der dem Deckel 22 zugewandten Oberfläche 20 in den Kühlkörper 18 hinein, größer als die Hälfte der Dicke des Grundkörpers 18, der eine beispielsweise abgewandelte Dicke von 8 mm aufweist. Hierbei ist die Tiefe 54 der Nut 42 gleich 6 mm, sodass die Nut 42 maximal 2 mm von dem Leistungsmodul 8 beabstandet ist, was die Wärmeaufnahme weiter verbessert.In 6 the combination of the heat sink 16 and the power module 8 is shown in a sectional view perpendicular to the plane of expansion of the plate-shaped base body 18 . In particular, this is a cross-section of the in 2 illustrated heat sink 16, in which the aluminum body 36 and the thermal grease 34 are omitted. The cover 22 is in turn designed in a U- or O-shape and thus has the two legs shown which are parallel to one another. Each leg is fastened to the base body 18 in the edge region by means of the weld seam 24 and covers the groove 42, which has a rectangular cross section. Due to the rectangular cross-section, a turbulence of the fluid moving through the groove 42 occurs, which increases the heat absorption by the fluid improved. In addition, a section of the groove 42 is assigned to one of the semiconductor switches 12 in each case. In this case, the semiconductor switches 12 cover the groove 42 in a projection perpendicular to the expansion plane of the plate-shaped heat sink 18. As a result, heat dissipation from the power semiconductor switches 12 is improved. In addition, the depth 54 of the groove, ie its extent from the surface 20 facing the cover 22 into the heat sink 18, is greater than half the thickness of the base body 18, which has a modified thickness of 8 mm, for example. In this case, the depth 54 of the groove 42 is equal to 6 mm, so that the groove 42 is at a maximum distance of 2 mm from the power module 8, which further improves the heat absorption.

In 7 ist eine weitere Abwandlung des Kühlkörpers 16 gezeigt, wobei der Grundkörper 18 im Wesentlichen unverändert belassen ist. Der Deckel 22 ist hierbei beispielsweise quaderförmig ausgestaltet und weist somit nicht die Aussparung 52 auf. Der Deckel 22 ist mittels der Schweißnaht 24 oder mittels Punktschweißens an dem Grundkörper 18 befestigt, wobei das Material des Deckels 22 wiederum gleich dem Material des aus V2A gefertigten Grundkörpers 18 ist. Im Bereich eines Abschnitts der Nut 42 ist einer der Halbleiterschalter 12 an dem Grundkörper 18 auf der dem Deckel 22 gegenüberliegenden Oberfläche 32 thermisch angebunden und beispielsweise mechanisch an dem Grundkörper 18 befestigt. Im Bereich eines weiteren Abschnitts der Nut 42 ist ein weiterer der Halbleiterschalter 12 an dem Deckel 22 mechanisch befestigt und thermisch an diesem angebunden. Infolgedessen wird über den Deckel 22 die von dem Halbleiterschalter 12 abgegebene Wärme an das sich in der Nut 42 befindende Fluid abgegeben.In 7 a further modification of the heat sink 16 is shown, the base body 18 being left essentially unchanged. In this case, the cover 22 is designed, for example, as a cuboid and therefore does not have the cutout 52 . The cover 22 is attached to the base body 18 by means of the weld seam 24 or by spot welding, the material of the cover 22 in turn being the same as the material of the base body 18 made of V2A. In the region of a section of the groove 42, one of the semiconductor switches 12 is thermally connected to the base body 18 on the surface 32 opposite the cover 22 and, for example, mechanically fastened to the base body 18. In the area of another section of the groove 42, another one of the semiconductor switches 12 is mechanically fastened to the cover 22 and thermally connected to it. As a result, the heat given off by the semiconductor switch 12 is given off to the fluid located in the groove 42 via the cover 22 .

In 8 ist ein Verfahren 56 zur Herstellung des Kühlkörpers 16 dargestellt. In einem ersten Arbeitsschritt 58 wird in den aus Edelstahl erstellten Grundkörper 18 die Nut 42 mit dem ersten Ende 38 und dem zweiten Ende 40 eingebracht. Hierbei ist der Querschnitt der Nut 42 rechteckförmig, und es werden die die Nut 42 bildenden Kanäle 44 in den Grundkörper 18 eingebracht und miteinander fluidtechnisch verbunden. Der Verlauf der Nut 42 wird auf die Anordnung der Leistungshalbleiterschalter 12 sowie der Leistungsdioden 14 innerhalb des Leistungsmoduls 8 angepasst, sodass jeder der Leistungshalbleiterschalter 12 sowie die Leistungsdioden 14 jeweils den maximalen Abstand von 5 mm zu der Nut 42 aufweisen. Die Nut 42 selbst wird mittels Fräsen in den Grundkörper 18 eingebracht, der in einem vorherigen Arbeitsschritt bereitgestellt wurde. Mit Ausnahme der Anordnung der Leistungshalbleiterschalter 12 sowie der Leistungsdioden 14 unterliegt die Nut 42 im Wesentlichen keinen weiteren Einschränkungen.In 8th A method 56 for manufacturing the heat sink 16 is shown. In a first step 58, the groove 42 with the first end 38 and the second end 40 is made in the base body 18 made of stainless steel. In this case, the cross section of the groove 42 is rectangular, and the channels 44 forming the groove 42 are introduced into the base body 18 and connected to one another in terms of fluid technology. The course of the groove 42 is adapted to the arrangement of the power semiconductor switches 12 and the power diodes 14 within the power module 8, so that each of the power semiconductor switches 12 and the power diodes 14 each have the maximum distance of 5 mm from the groove 42. The groove 42 itself is milled into the base body 18, which was provided in a previous work step. With the exception of the arrangement of the power semiconductor switches 12 and the power diodes 14, the groove 42 is essentially not subject to any further restrictions.

In einem sich hieran anschließenden zweiten Arbeitsschritt 60 wird der Deckel 22 auf die Oberfläche 20 des Grundkörpers 18 gelegt und somit die Nut 42 mittels des Deckels 22 aus dem Edelstahl abgedeckt. Hierbei wird der Deckel 22 derart positioniert, dass die Nut 42 mit Ausnahme der etwaigen Öffnungen 28 vollständig bedeckt ist. Der Deckel 22 wurde in einem vorhergehenden Arbeitsschritt bereitgestellt und ist beispielsweise aus dem gleichen Halbstück wie der Grundkörper 18 erstellt. In einem sich anschließenden dritten Arbeitsschritt 62 wird der Deckel 22 an dem Grundkörper 18 mittels Schweißen befestigt. Hierbei wird vorzugsweise die umfangsseitig um den Deckel 22 umlaufende Schweißnaht 24 erstellt.In a subsequent second work step 60, the cover 22 is placed on the surface 20 of the base body 18 and thus the groove 42 is covered by means of the cover 22 made of stainless steel. In this case, the cover 22 is positioned in such a way that the groove 42 is completely covered with the exception of any openings 28 . The cover 22 was provided in a previous work step and is made, for example, from the same half-piece as the base body 18 . In a subsequent third work step 62, the cover 22 is attached to the base body 18 by means of welding. The weld seam 24 running around the circumference of the cover 22 is preferably produced here.

9 zeigt eine Abwandlung des in 2 dargestellten Kühlkörpers 16. Die Nut 42 ist bis zum Rand 26 des Grundkörpers 18 verlängert, sodass das erste Ende 38 die Öffnung 28 bildet. Der Deckel 22 ist entsprechend verlängert, weswegen die Nut 42 weiterhin abgedeckt ist. Das zweite Ende 40 ist weiterhin von dem Rand 26 des Grundkörpers 18 beabstandet, und in den Grundkörper 18 ist eine zwischen dem Rand 26 und dem zweiten Ende 40 verlaufende Bohrung 64 eingebracht. Mit anderen Worten mündet die Bohrung 64 in das zweite Ende 40 der Nut 42, und der Einlass der Bohrung 84 bildet die Öffnung 28. Der Deckel 22 ist durchgehend ausgestaltet und weist keine Öffnung auf. In weiteren nicht dargestellten Alternativen ist die Nut 42 auch im Bereich des zweiten Endes 40 bis zum Rand 26 verlängert, welches somit die andere Öffnung 28 bildet. In einer weiteren Alternative sind beide Enden 38, 40 von dem Rand 26 beabstandet, und der Grundkörper 18 weist zwei Bohrungen 64 auf, von denen jeweils eine in einem der Enden 38, 40 mündet. 9 shows a modification of the in 2 shown heat sink 16. The groove 42 is extended to the edge 26 of the base body 18, so that the first end 38 forms the opening 28. The cover 22 is extended accordingly, which is why the groove 42 is still covered. The second end 40 is further spaced from the edge 26 of the base body 18 and a bore 64 running between the edge 26 and the second end 40 is formed in the base body 18 . In other words, the bore 64 opens into the second end 40 of the groove 42, and the inlet of the bore 84 forms the opening 28. The cover 22 is designed to be continuous and has no opening. In further alternatives, not shown, the groove 42 is also extended in the region of the second end 40 up to the edge 26, which thus forms the other opening 28. In a further alternative, both ends 38, 40 are spaced from the edge 26, and the base body 18 has two bores 64, one of which opens into one of the ends 38, 40 in each case.

10 und 11 zeigen gemäß der Darstellung der 3 - 5 weitere Alternativen des Kühlkörpers 16. Der Deckel 22 ist quaderförmig ausgestaltet, und die Nut 42 verläuft im Wesentlichen geradlinig zwischen den beiden Enden 38, 40. Hierbei ist ein Abschnitt mit vier zueinander parallel geschalteten Kanälen 44 vorhanden. 10 and 11 show according to the representation of 3 - 5 further alternatives of the heat sink 16. The cover 22 is cuboid, and the groove 42 runs essentially in a straight line between the two ends 38, 40. A section with four channels 44 connected parallel to one another is present here.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described above. On the contrary, other variants of the invention can also be derived from this by a person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the individual exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.

Bezugszeichenlistereference list

22: Umrichterconverter
44: Versorgernetzwerkutility network
66: Betriebsnetzwerkoperational network
88th: Leistungsmodulpower module
1010: GehäuseHousing
1212: Leistungshalbleiterschalterpower semiconductor switch
1414: Leistungsdiodepower diode
1616: Kühlkörperheatsink
1818: Grundkörperbody
2020: Oberflächesurface
2222: Deckellid
2424: SchweißnahtWeld
2626: Randedge
2828: Öffnungopening
3030: Auslassoutlet
3232: abgewandte Oberflächefacing surface
3434: Wärmeleitpastethermal paste
3636: Aluminiumkörperaluminum body
3838: erstes Endefirst end
4040: zweites Endesecond end
4242: Nutgroove
4444: Kanalchannel
4646: erster Teilfirst part
4848: zweiter Teilsecond part
5050: dritter Teilthird part
5252: Aussparungrecess
5454: Tiefedepth
5656: Verfahrenprocedure
5858: erster Arbeitsschrittfirst step
6060: zweiter Arbeitsschrittsecond step
6262: dritter Arbeitsschrittthird step
6464: Bohrungdrilling

Claims

Heat sink (16) after claim 1 , characterized in that the cover (22) in the region of the two ends (38, 40) each having an opening (28), in particular an outlet (30).

Heat sink (16) after claim 1 or 2 , characterized in that the groove (42) has a rectangular cross section.

Heat sink (16) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the base body (16) is plate-shaped, the thickness being between 5 mm and 1 cm, in particular between 6 mm and 8 mm, and/or the depth (54) of the groove (42) being greater than half the thickness of the base body (18).

Heat sink (16) after claim 4 , characterized in that the cover (22) is spaced from an edge (26) of the base body (18).

Heat sink (16) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the groove (42) has a number of channels (44) connected in parallel with one another.

Heat sink (16) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that a surface (32) of the base body (18) facing away from the cover (22) is provided with a thermally conductive paste (34) and/or is attached to an aluminum body (36).

Heat sink (16) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the cover (22) is U-shaped, and / or that the cover (22) is in several parts.

Use of a heat sink (16) according to one of Claims 1 until 8th for cooling a power module (8) and/or a power semiconductor (12) of a converter (2) by means of a fluid conducted through the groove (42).