DE2531450A1

DE2531450A1 - Kuehlkoerper

Info

Publication number: DE2531450A1
Application number: DE19752531450
Authority: DE
Inventors: Hans Werner Ing Grad Hermann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-07-14
Filing date: 1975-07-14
Publication date: 1977-01-20
Also published as: JPS5211869A

Description

Kühlkörper Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper mit einem im wesentlichen quaderförmigen Kern, dessen eine Stirn- oder Seitenfläche zur wärmeLeitenden Verbindung mit wenigstens einem Halbleiterbauelement dient und von dessen einer Seitenfläche Kühlrippen abstehen, die im wesentlichen parallel zu den Kanten der Seitenflächen und im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und sich über die gesamte Länge des Kerns erstrecken.
Ein solcher Kühlkörper ist aus der DT-PS 1 935 526 bekannt. Er wird insbesondere zur Kühlung hochbelasteter Halbieiterbauelemente, beispielsweise zur Kühlung von Thyristoren eingesetzt.
Bei solchen KühLkörpern strömt das gasförmige Kühlmedium laminar zwischen den Kühlrippen. Für einen optimalen Wärmeübergang zwischen gasförmigem Kühlmedium und den Oberflächen der Kühlrippen ist jedoch eine turbulente Strömung erforderlich.
Üblich ist es, zur Erzeugung einer turbulenten Strömung die Kühlkörper mit Strömungsleitflächen bzw. Prallftächen zu versehen, die in den Strömungsweg hineinstehen. Dies erfordert jedoch zusätzliche Arbeitsgänge, die die Fertigung wesentlich verteuern. Dies gilt insbesondere für Kühlkörper, die aus einem Strangpreßprofil gefertigt sind, wobei bei solchen Kühlkörpern Maßnahmen zur Bildung einer turbulenten Strömung besonders notwendig sind, da beim Strangpressen Kühlrippen mit sehr glatter Oberfläche erzeugt werden.
Es besteht die Aufgabe, bei einem Kühlkörper der eingangs genannten Art die Kühlleistung zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mit wenigstens einem quer zu den Kühlrippen verlaufenden Schlitz die Eühlrippen in wenigstens zwei Gruppen unterteilt sind und daß die Kühlrippen jeder Gruppe gegenüber den Kühlrippen jeder benachbarten Gruppe verschränkt sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Kühlkörper bilden die Stirnflächen der gegeneinander verschränkten Kühlrippen Pralltlächen, mit denen sowohl eine Turbulenz der Strömung erzeugt als auch eine Umleitung der Strömung erhalten wird. Die gegenseitige Verschränkung der Kühlrippen ist in einfacher Weise mit einer passenden Abkantmatrize zu erhalten und läßt sich insbesondere auch bei EdhL-körpern durchführen, die aus einem Strangpreßmaterial gefertigt sind. Dabei ist zu betonen, daß der für die Verschränkung nötige Arbeitsgang ohne aufwendiges Werkzeug und ohne besonderen Personalaufwand durchgeführt werden kann, so daß die Verschränkung der Kühlrippen den Kühlkörper kaum verteuert.
Vorteilhaft ist es, die Kühlrippen so zu verschränken, daß die Spitzen der Kilhtrippen jeder Gruppe mit den Lücken zwischen den Kühlrippen jeder benachbarten Gruppe fluchten. Mit solchen Kühlkörpern, bei denen die Spitzen der Kühlrippen auf Lücke stehen, ist eine wesentliche Verbesserung der KühlLeistung zu erzielen.
Bei selbstbelüfteten Kühikörpern können die äußeren Kühlrippen von der Verschränkung ausgenommen sein, um eine gute Führung des gasförmigen Kühlmittels sicherzustellen.
Versuche ergaben, daß es vorteilhaft ist, die Länge der KühL-fahnen jeder Gruppe so zu wählen, daß sich vor jedem Schlitz wieder eine Laminarströmung ausbildet.
Im folgenden wird der erfindungsgemäße Kühlkörper beispielhaft anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. In den Figuren sind zwei Ausführungsformen dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit den gleichen Bezugezeichen versehen.
Die Figur la zeigt die Vorderansicht, die Figur 1b eine Seitenansicht und die Figur 1c die Draufsicht auf einen TeiL eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers, der aus Aluminium als Strangpreßprofil gefertigt ist. Von einer Seitenfläche oder von zwei voneinander abgewandten Seitenflächen eines quaderförmigen Kerns 1 stehen Kühlrippen 2 ab, die im wesentlichen parallel zueinander und zu einer Seitenkante des Kerns 1 verlaufen. Auf der Stirnfläche oder auf den freien Seitenflächen des Kerns 1 können Halbleiterbauelemente, beispieLsweise Thyristoren, wärmeleitend befestigt sein. Hierzu können beispielsweise mit Gewinde versehene Bohrungen im Kern angeordnet sein. Die Kühlrippen 2 sind durch Schlitze 3 in Gruppen a, b, c, d usf. unterteilt, wobei jeder Schlitz 3 quer zu den Kühlrippen 2 verläuft. Im Ausführungsbeispiel sind die Schlitze 3 senkrecht zur Verlaufsrichtung der Kühlrippen und damit senkrecht zu einer Seitenkante des Kerns 1 angeordnet. Die Kühlrippen 2 benachbarter Gruppen sind gegeneinander verschränkt, wozu die Kühlrippen der einen Gruppe, beispielsweise der Gruppe a, nach der einen Richtung und die Kühlrippen der nachfolgenden, benachbarten Gruppe b nach der anderen Richtung abgebogen sind. Dabei ist im Austührungsbeispiel eine Verschränkung gezeigt, bei der die Spitzen 2a der Kühlrippen einer Gruppe mit den Lücken zwischen den KühL-rippen der benachbarten Gruppe fluchten, aLso auf Lücke stehen.
Die Figur la demonstriert, daß durch diese Verschränkung mit den Stirnflächen der Kühlrippen 3 Prallflächen im Strömungsweg gewonnen werden, die eine turbulente Strömung einleiten und außerdem noch für eine Umleitung der Luftströmung sorgen. Es hat sich als günstig erwiesen, den Abstand der Schlitze 3 und damit die Länge der Kühlrippen 2 jeder Gruppe gleich und so zu wählen, daß nach der Verwirbelung an einem Schlitz 3 sich vor Erreichen des nächsten Scnlitzes wieder eine Laminarströmung ausgebildet hat.
Hierfür ist bei einem Rippenabstand von ungefähr 1 cm ein Abstand zwischen den Schlitzen von einigen Zentimetern ausreichend.
Figur 2 zeigt eine andere Form der Verschränkung. Bei dieser Ausführungsform sind jeweils nur die Kühlrippen 2 jeder zweiten Gruppe abgekantet, wobei wie im Ausführungsbeispiel eine Abkantung nach nur einer Seite oder auch wechselweise eine Abkantung nach beiden Seiten möglich ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform, die insbesondere für selbstbelüftete Edhlkörperwgeeignet ist, können die äußeren Kühlrippen, die in den Figuren 1 und 2 mit 2b bezeichnet sind, von der Verschränkung ausgenommen sein. Damit bleibt die Führung des Kühlmittels im Kühlkörper weitgehend unbeeinflußt, was bei einem selbstbelüfteten XUhlkUrper wesentlich ist.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei den erfindungsgemäßen Kühlkörpern ohne besonderen Fertigungsaufwand mit der gegenseitigen Verschränkung der Kühlrippen für eine turbulente Strömung zwischen den Kühlrippen gesorgt ist, mit der eine wesentliche Verbesserung der Kühlleistung erhalten wird. Insbesondere ist hervorzuheben, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch bei einem aus einem Strangprofil gefertigten Kühlkörper ergriffen werden können, was sonst ohne teuere fertigungstechnische Maßnahmen nicht möglich ist.
5 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche Kühlkörper mit einem im wesentlichen quaderförmigen Kern, dessen eine Stirn- oder Seitenfläche zur wärmeleitenden Verbindung mit wenigstens einem Halbleiterbauelement dient und von dessen einer Seitenfläche Kühlrippen abstehen, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und sich über die gesamte Länge des Kerns erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß mit wenigstens einem quer zu den Kühlrippen (2) verlaufenden Schlitz (3) die Kühlrippen in wenigstens zwei Gruppen (a, b usf.) unterteilt sind und daß die Kühlrippen jeder Gruppe gegenüber den Kühlrippen jeder benachbarten Gruppe verschränkt sind.
2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (2) so verschränkt sind, daß die Spitzen (2a) der Kühlrippen jeder Gruppe (a, b usf.) mit den Lücken zwischen den Kühlrippen jeder benachbarten Gruppe fluchten.
3. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kühirippen (2b) von der Verschränkung ausgenommen sind.
4. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Kühlrippen (2) aller Gruppen (a, b usf.) gleich sind.

Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Kühlrippen (2) jeder Gruppe (a, b usf.) so gewählt ist, daß sich vor jedem Schlitz (3) eine Laminarströmung ausbildet.

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