DE3329325A1

DE3329325A1 - Kuehlkoerper zur fluessigkeitskuehlung wenigstens eines elektrischen leistungselementes

Info

Publication number: DE3329325A1
Application number: DE19833329325
Authority: DE
Inventors: Peter 2563 Ipsach Herren
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-09-03
Filing date: 1983-08-13
Publication date: 1984-03-08

Description

Kühlkörper zur Flussigkeitskühlung wenigstens eines elektrischen
Leistungselementes Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkörper gemåss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Die Kühlkörper dieser Art sind bereits in der DE-OS-31 33 485 beschrieben und dargestellt Gemäss dieser Schrift besteht jeder Kühlkörper aus mehreren Teilen In einem flachen Zwischenstück sind in beiden seiner Oberflächen mehrere parallele Kühlkanäle als Nuten ausgebildet, die dann von aussen mit Deckplatten abgedeckt sind. In den Deckplatten und dem Mittelstück sind je zwei Öffnungen ausgebildet, die senkrecht zu den Kontaktflächen des Kühlkörpers verlaufen und sowohl die Deckplatten als auch das Zwischenstück durchdringen# Sie ermöglichen stapelweise Anordnung der Kühlkörper und der zu kühlenden elektrischen Elemente, wobei die Öffnungen aller Kühlkörper miteinander, z.B. mittels Dichtringe, verbunden sind Eine Öffnung dient als Kühlflüssigkeitseintritt, die andere als Kühlflüssigkeitsaustritt. In jedem Kühlkörper wird ein Teil der Kühlflüssigkeit abgezweigt, durch den Kühlkörper geleitet und dann wieder durch die gemeinsame Austrittsöffnung abgeführt Der Kühlkörper gemäss dieser Schrift kann auch zur Kühlung von einzelnen elektrischen Elementen verwendet werden Als Beispiele der zu kühlenden elektrischen Elemente sind ein Leistungswiderstand und ein Halbleiterelement genennt Das Ganze ist zwischen zwei Druckplatten einer Klemmvorrichtung eingespannt und bildet somit eine Baugruppe. Der Nachteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass die Kühlkörper einen verhältnismässig komplizierten konstruktiven Aufbau aufweisen, wobei die Kühlkanäle, die in der Nahe der Eintrittsöffnung liegen, besser gekühlt werden, als die Kühlkanäle an den Rändern des KühlkörpersO Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfachere Konstruktion des Kühlkörpers zu schaffen, wobei eine gleichmässigere Kühlung in den einzelnen Kühlkanälen gesichert werden soll.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Kühlkörper aus zwei plattenartigen Kühlkörperteilen besteht und dass die wenigstens drei Kühlkanäle durch Vertiefungen in den inneren Oberflächen der plattenartigen Kühlkörperteilen ausgeführt sind.
Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass die Konstruktion sehr einfach ist, weil der Kühlkörper nur aus zwei Teilen besteht, wobei bei der Herstellung der Vertiefungen, die dann die Kühlkanäle bilden, einfache und wirtschaftliche Herstellungsverfahren verwendet werden können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Es ist zweckmässig, wenn die Kühlkörperteile zusammengeklebt sind. Sie bilden eine Einheit, und die Manipulation bei der Montage wird somit erleichtert.
Es ist vorteilhaft, wenn der Kühlkörper aus einem Metall, z.B.
aus Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen besteht. Eine andere, zweckmässige Variante besteht darin, dass der Kühlkörper aus Keramik, z.B. aus gesintertem Aluminiumoxid oder gesintertem Berylliumoxid besteht. Um einen gleichmässigeren Kühleffekt zu erreichen, weisen die Kühlkanäle, zwischen welchen sich die Rippen befinden, nach einer Ausbildungsart in bezug auf die Eintrittsöffnung, abgestufte hydraulische Widerstände auf.
Dies kann durch verschiedene konstruktive Massnahmen erreicht werden. Es ist zweckmässig, wenn die Kühlkanäle in Richtungen von der Verbindungsgeraden der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung sich vermindernde hydraulische Widerstände aufweisen.
Eine einfache Möglichkeit, abgestufte hydraulische Widerstände der Kühlkanäle zu erreichen besteht darin, dass die Kühlkanäle in Richtungen von der Verbindungsgeraden sich vergrössernde Querschnitte aufweisen. Nach einer anderen Variante weisen die Rippen zwischen den Kühikanälen Stirnteile mit abgestuften hydraulischen Widerständen auf, wobei zweckmässig die Stirnteile der Rippen in Richtungen von der Verbindungsgeraden der Eintrittsöffnung mit der Austrittsöffnung sich vermindernde hydraulische Widerstände aufweisen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen naher erläutert Es zeigt: Fig 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe beispielsweise Ausführungsform des aus zwei Kühlkörperteilen bestehenden Kühlkörpers, Fig 2 eine Draufsicht auf den unteren Kühlkörperteil aus Figur 1, Fig. 3 den Schnitt III - III aus Figur 2, Fig 4 eine Draufsicht auf einen Teil einer anderen Ausführungsform des unteren Kühlkörperteils und Fig. 5 eine beispielsweise Verwendung der erfindungsgemässen Kühlkörper in einer Gesamtanordnung mit mehreren Kühlkörpern und elektrischen Leistungselementen.
Gemaß Figur 1 besteht der Kühlkörper 1 aus zwei keramischen, plattenartigen Kühlkörperteilen 2, 3. Kühlkanäle 4, zwischen welchen sich Rippen 5 befinden, werden aus je zwei Vertiefungen 7 zusammengesetzt, wobei eine Gruppe der Vertiefungen 7 in der inneren Oberfläche 6 des oberen Kühlkörperteils 2 und die andere Gruppe der Vertiefungen 7 in der inneren Oberfläche 6 des unteren Kühlkörperteils 3 ausgebildet sind. Am Rande dieser plattenartigen Kühlkörperteile 2, 3 verlaufen Randzonen 12, die in diesem Beispiel zusammengeklebt sind. Mit der Bezugsziffer 8 sind Auflageflächen bezeichnet, die zum Kontaktieren mit dem zu kühlenden Leistungselement oder mit einer Druckplatte bestimmt sind.
In der Figur 2 ist die Draufsicht auf den unteren plattenartigen Kühlkörperteil 3 gezeigt. In allen Figuren gelten für gleiche Teile diesselben Bezugsziffern. In der Figur 2 sieht man auch die aus dem Stand der Technik bekannte Eintrittsöffnung 9 und Austrittsöffnung 10, die in Kammern 11 münden. Zwischen der Eintrittsöffnung 9 und der Austrittsöffnung 10 ist gestrichelt eine Verbindungsgerade 13 dargestellt. Die Rippen 5 sind mit Stirnteilen 5' versehen und verlaufen parallel, wobei sich die Rippen 5 in den Richtungen von der Verbindungsgeraden 13 stufenweise in grösseren Entfernungen voneinander befinden und somit sich vergrössernde Querschnitte der Kühlkanäle 4 bilden.
Figur 3 zeigt den Schnitt III - III aus der Figur 2. Im oberen Teil ist der Schnitt durch die Eintrittsöffnung 9 und durch eine Rippe 5 gezeigt, im unteren Teil ist der Schnitt durch eine Vertiefung 7 und durch die Kammer 11 dargestellt.
Figur 4 zeigt eine beispielsweise Variante der Erfindung. Die Rippen 5 weisen gleiche Entfernungen auf, so dass die Querschnitte der Kühlkanäle 5 gleich sind. Die sich in Richtungen von der Verbindungsgeraden 13 vermindernden hydraulischen Widerstände werden durch verschiedene Ausführungen der Stirnteile 5' der Rippen 5 erreicht. In der Nähe der Eintrittsöffnung 9 ist die Stirnseite 5' ausgehöhlt. Weiter in Richtungen von der Verbindungsgeraden 13 sind die Stirnteile 5' flach bis sie an äusseren Rändern des Kühlkörperteils 3 eine runde Form aufweisen, die strömungstechnisch günstig ist.
In Figur 5 ist eine beispielsweise Verwendung der erfindungsgemässen Kühlkörper 1 schematisch gezeigt. Zwischen mehreren Kühlkörpern 1 befinden sich elektrische Leistungselemente 15, die in diesem Beispiel elektrische, zu kühlende Widerstände sind. Die elektrischen Anschlüsse der Leistungselemente 15 sind nicht gezeichnet. Anstelle der Widerstände kann man auf ähnliche Weise selbstverständlich auch beliebige, zu kühlende elektrische Halbleiterelemente anordnen. Das Ganze ist zwischen zwei Druckplatten 14 eingespannt, wobei die Einspannvorrichtung schon aus dem Stand der Technik bekannt ist und wurde darum nicht gezeichnet.
Ein schematisch gezeichnetes Anschlussrohr 16 ist für die Zufuhr der Rühlflussigkeit z.B des Kühlwassers bestimmt, ein anderes Anschlussrohr 17 für die Abfuhr der Kühlflüssigkeit. Die Pfeile zeigen die Strömungsrichtungen der Kühlflüssigkeit. Die elektrischen Leistungselemente 15 können Öffnungen aufweisen, die den Öffnungen 9 und 10 entsprechen Sie können auch kleiner als die Entfernung der Offnungen 9 und 10 sein, wobei die Dicke der elektrischen Elemente 15 in an sich bekannter Weise mit Dichtringen überbrückt wird Diese Dichtringe bilden zwischen den Öffnungen 9 und 10 der gestapelten Kühlkörper 1 durchgehende Leitungen.
B e z e i c h n u n ç 1 = Kühlkörper 2, 3 = plattenartige Kühlkörperteile 4 = Kühlkanäle 5 = Rippen 5' = Stirnteile der Rippen 5 6 = innere Oberflächen der plattenartigen Kühlkörperteile 2,3 7 = Vertiefungen 8 = Auflageflächen 9 = Eintrittsöffnung 10 = Austrittsöffnung 11 = Kammern 12 = Randzone 13 = Verbindungsgerade 14 = Druckplatten 15 = elektrisches Leistungselement (Widerstand, Halbleiterelement) 16 = Anschlussrohr für Zufuhr der Kühlflüssigkeit 17 = Anschlussrohr für Abfuhr der Kühlflüssigkeit Leerseite

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e lo Kühlkörper (1) zur Flüssigkeitskühlung wenigstens eines elektrischen Leistungselernentes (15), wobei der Kühlkörper (1) eine Eintrittsöffnung (9) und eine Austrittsöffnung (10) für die Kühlflu#ssigkeit aufweist und wobei zwischen der Eintritts6ffnung (9) und der Austrittsöffnung (10) sich wenigstens drei Kühlkanäle (4) erstrecken, zwischen welchen Rippen (5) angeordnet sindg dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (1) aus zwei plattenartigen Kühlkörperteilen (2, 3) besteht und dass die wenigstens drei Kühlkanäle (4) durch Vertiefungen (7) in den inneren Oberflächen (6) der plattenartigen Kühlkörperteile (2, 3) ausgeführt sind.
2o Kühlkörper nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörperteile (2, 3) zusammengeklebt sind und somit als Kühlkörper (1) eine Einheit bilden.
3. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Hetallg zOBo aus Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen besteht
4 Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Keramik, zOBo aus gesintertem Aluminiumoxid oder gesintertem Berylliumoxid besteht
5 Kühlkörper nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (4), zwischen welchen sich die Rippen (5) befinden, in bezug auf die Eintrittsöffnung (9) abgestufte hydraulische Widerstände aufweisen
6 Kühlkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (4) in Richtungen von der Verbindungsgeraden (13) der Eintrittsöffnung (9) und der Austrittsöffnung (10) sich vermindernde hydraulische Widerstände aufweisen.
7. Kühlkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (4) in Richtungen von der Verbindungsgeraden (13) sich vergrössernde Querschnitte aufweisen.
8. Kühlkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (5) zwischen den Kühlkanälen (4) Stirnteile (5') mit abgestuften hydraulischen Widerständen aufweisen.
9. Kühlkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnteile (5') der Rippen (5) in Richtungen von der Verbindungsgeraden (13) der Eintrittsöffnung (9) mit der Austrittsöffnung (10) sich vermindernde hydraulische Widerstände aufweisen.