DE4322933A1 - Flüssigkeitskühlkörper mit hydraulischem Kühlmittelanschluß - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitskühlkörper mit hydraulischem Kühlmittelanschluß gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Flüssigkeitskühlkörper mit hydraulischem Kühl­ mittelanschluß ist aus der DE 37 40 233 A1 bekannt, wobei dort zwei Schalen aus Kupfer einen kühlflüssigkeitsdurch­ strömten Kühldosenkern bilden und die Kühlflüssigkeit über Stutzen mit Bohrungen in den bzw. aus dem Kühldosenkern ge­ langt. Dabei ist es von Nachteil, daß bei Einsatz mehrerer bekannter Flüssigkeitskühlkörper in einem Spannverband eine aufwendige externe Kühlmittelverteilung erforderlich ist, wobei zusätzlich die Problematik auf tritt, daß die externe Kühlmittelverteilung einen axialen Toleranzausgleich auf­ grund Leistungshalbleiter-Dickentoleranzen ermöglichen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssig­ keitskühlkörper mit hydraulischem Kühlmittelanschluß der eingangs genannten Art anzugeben, der die externe Kühlmit­ telverteilung stark vereinfacht und einen axialen Toleranz­ ausgleich sicherstellt.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß der Flüssigkeitskühlkörper mit inte­ griertem Kühlmittelverteiler universell bei Reihen-, Paral­ lel- und Gruppenschaltung von Kühlkörpern eingesetzt werden kann, wobei die Anpassung an die externe Kühlmittelvertei­ lung in einfacher Weise durch entsprechende Bearbeitung des Kühlmittelverteilers erreicht wird, indem jeder Kanal mit einem oder mit zwei offenen Anschlüssen versehen wird. Die Kühlflüssigkeitsverteilung zwischen den einzelnen Kühlkör­ pern eines Spannverbandes erfolgt auf kürzestem Wege, indem kurze Rohrabschnitte zwischen beiden sich direkt gegenüber­ liegenden Anschlüssen von zwei Kühlkörpern angeschlossen werden. Der aufgrund von Leistungshalbleiter-Dickentoleran­ zen erforderliche axiale Toleranzausgleich erfolgt selbst­ tätig über die Verbindungen der Rohrabschnitte mit den ent­ sprechend ausgestalteten Anschlüssen der integrierten Kühlmittelverteiler.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Ausschnitt ei­ nes Spannverbandes mit dem prinzipiellen Aufbau des Flüssigkeitskühlkörpers,

Fig. 2 eine Sicht auf einen aufgeschnittenen Kühldosenkern mit Kühlmittelanschluß und Kühlmittelverteiler,

Fig. 3 bis 5 unterschiedliche Möglichkeiten der exter­ nen Kühlflüssigkeitsführung,

Fig. 6 bis 8 Ausgestaltungsmöglichkeiten eines Kühl­ mittelverteilers.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Ausschnitt eines Spannverbandes mit dem prinzipiellen Aufbau des Flüssig­ keitskühlkörpers dargestellt. Es sind drei Flüssigkeits­ kühlkörper 1, 26, 27 zu erkennen, zwischen denen sich zwei Leistungshalbleiter 21, 23 befinden. Jeder Flüssigkeits­ kühlkörper weist einen Kühldosenkern 2 auf, der über einen hydraulischen Kühlmittelanschluß 3 mit einem Kühlmittelver­ teiler 6 verbunden ist. Kühldosenkern 2, Kühlmittelanschluß 3 und Kühlmittelverteiler 6 bestehen aus einem Metall, vor­ zugsweise aus Kupfer oder Aluminium. Die beiden Hauptober­ flächen des Kühldosenkerns 2 bilden thermische Kontaktflä­ chen 12, 13, gegen die Isolierscheiben 14, 15 gepreßt wer­ den.

Gegen die Isolierscheiben 14, 15 werden elektrische An­ schlußbleche 16, 17 gedrückt. Diese Anschlußbleche 16, 17 weisen geeignete Anschlußkontakte für externe Anschlußkabel auf und bestehen vorzugsweise aus Kupfer. In dem gezeigten Spannverband mit mehreren Flüssigkeitskühlkörpern und Lei­ stungshalbleitern ergibt sich auf diese Art und Weise eine elektrische Kontaktierung über die Anschlußbleche 16, 17 zu den elektrischen Hauptanschlüssen der Leistungshalbleiter und eine Wärmeübertragung von den Leistungshalbleitern über die Anschlußbleche 16, 17, die Isolierscheiben 14, 15 und die thermischen Kontaktflächen 12, 13 der Kühldosenkerne 2 zur in den Kühldosenkernen zirkulierenden Kühlflüssigkeit.

Die einzelnen Bauteile des Flüssigkeitskühlkörpers werden mittels eines Isolationsringes 11 zusammengehalten. Im Be­ reich des Kühlmittelanschlusses 3 ist der Isolationsring 11 zum Erhöhen der Kriechwege mit Rippen 25 versehen.

Die Anschlüsse der Kühlmittelverteiler 6 sind über Rohrab­ schnitte 20 aus Metall oder Kunststoff miteinander verbun­ den, wobei zur hydraulischen Abdichtung Dichtringe 32 in Nuten an den Innenwandungen der Anschlüsse der Kühlmittel­ verteiler 6 vorgesehen sind. Wie leicht zu erkennen ist, ermöglicht die Konfiguration Kühlmittelverteiler 6 - Rohr­ abschnitte 20 einen aufgrund von Leistungshalbleiter-Dicken­ toleranzen erforderlichen axialen Toleranzausgleich.

In Fig. 2 ist eine Sicht auf einen aufgeschnittenen Kühl­ dosenkern mit Kühlmittelanschluß und Kühlmittelverteiler dargestellt. Es sind ein erster Anschluß 7 des Kühlmittel­ verteilers 6 für einen ersten Kanal 4 des Kühlmittelan­ schlusses 3 sowie ein erster Anschluß 9 des Kühlmittelver­ teilers 6 für einen zweiten Kanal 5 des Kühlmittelanschlus­ ses 3 zu erkennen. Die Hauptoberflächen im Kühldosenkern 2 sind zur Vergrößerung der zur Wärmeübertragung geeigneten Oberflächen mit Zapfen 22 versehen. Es ergibt sich eine Kühlflüssigkeitsströmung vom ersten Anschluß 7 über den er­ sten Kanal 4, den Kühldosenkern 2, den zweiten Kanal 5 und den ersten Anschluß 9, wobei die Kühlflüssigkeit die Zapfen 22 im Kühldosenkern 2 umspült.

In Fig. 2 ist gestrichelt angedeutet, daß die Kanäle 4, 5 mit Anschlüssen 7, 9 auch gegenüberliegend am Umfang des Kühldosenkerns 2 angeordnet sein können. Weitere verschie­ dene, auf den konkreten Anwendungsfall zugeschnittene An­ ordnungen der Kanäle 4, 5 sind möglich.

In den Fig. 3, 4 und 5 sind unterschiedliche Möglichkei­ ten der externen Kühlflüssigkeitsführung dargestellt. Die Kühlflüssigkeitsströmung ist jeweils durch Pfeile gekenn­ zeichnet. Bei der Kühlflüssigkeitsführung gemäß Fig. 3 handelt es sich um eine Parallelschaltung der Flüssigkeits­ kühlkörper 1, 26, 27, 28. Dabei ist zu erkennen, daß jeder der Kühlkörper einen ersten Anschluß 7 und einen zweiten Anschluß 8 eines ersten Kanals 4 sowie einen ersten An­ schluß 9 und einen zweiten Anschluß 10 eines zweiten Kanals 5 aufweist. Die zeichnerische Darstellung ist lediglich schematisch und zeigt insbesondere nicht, daß erster Kanal 4 und zweiter Kanal 5 zweckmäßig zu einem Kühlmittelan­ schluß zusammengefaßt sind. Erster Kanal 4 und zweiter Ka­ nal 5 können jedoch auch an unterschiedlichen Seiten des Flüssigkeitskühlkörpers angebracht sein, wie bereits unter Fig. 2 erwähnt.

Bei den Kühlkörpern 1, 26 und 27 sind jeweils alle An­ schlüsse der Ein- und Austrittskanäle geöffnet, während die zweiten Anschlüsse 8 bzw. 10 des Eintrittskanals bzw. Aus­ trittskanals beim Kühlkörper 28 geschlossen sind. Alle of­ fenen Anschlüsse der Eintrittskanäle der Flüssigkeitskühl­ körper 1, 26, 27, 28 und alle offenen Anschlüsse der Aus­ trittskanäle liegen parallel an einem gemeinsamen Zulaufka­ nal 29 und Rücklaufkanal 30, wobei die Verbindungen zwi­ schen den Kühlmittelverteilern über Rohrabschnitte 20 er­ folgt. Die gezeigte Parallelschaltung hat den Vorteil, daß alle Flüssigkeitskühlkörper mit einem Kühlmittel gleicher (niedriger) Temperatur beaufschlagt werden.

Bei der Kühlflüssigkeitsführung gemäß Fig. 4 handelt es sich um eine Reihenschaltung der Flüssigkeitskühlkörper 1, 26, 27, 28. Dabei ist zu erkennen, daß jeder Flüssigkeits­ kühlkörper nur einen Anschluß für den ersten Kanal 4 und nur einen Anschluß für den zweiten Kanal 5 benötigt, wäh­ rend die jeweils zweiten Anschlüsse der Kühlmittelverteiler verschlossen sind. Der Zulaufkanal 29 ist mit dem ersten Anschluß 7 des ersten Kanals 4 des Flüssigkeitskühlkörpers 1 verbunden. Das Kühlmittel strömt durch den Kühldosenkern und über den zweiten Anschluß 10 des zweiten Kanals 5 des Flüssigkeitskühlkörpers 1 sowie über einen Rohrabschnitt 20 zum ersten Anschluß des zweiten Kanals des Flüssigkeits­ kühlkörpers 26, von dort durch dessen Kühldosenkern und über den zweiten Anschluß des ersten Kanals des Flüssig­ keitskühlkörpers 26 sowie über einen weiteren Rohrabschnitt zum ersten Anschluß des ersten Kanals des Flüssigkeitskühl­ körpers 27 usw. Der zweite Anschluß des ersten Kanals des Flüssigkeitskühlkörpers 28 ist mit dem Rücklaufkanal 30 verbunden. Bei dieser Reihenschaltung ist zu beachten, daß die Eintrittstemperatur des Kühlmittels beim letzten Flüs­ sigkeitskühlkörper noch genügend niedrig ist, damit die er­ forderliche Wärmeabführung aus diesem letzten Kühlkörper gewährleistet ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 zeigt darüberhinaus, daß die Kühldosenkerne auch in "Rückwärtsrichtung" vom zweiten Kanal 5 zum ersten Kanal 4 durchströmt werden kön­ nen.

Bei der Kühlflüssigkeitsführung gemäß Fig. 5 handelt es sich um eine Gruppenschaltung, wobei die Flüssigkeitskühl­ körper 1, 26 eine erste Gruppe mit zwei reihengeschalteten Flüssigkeitskühlkörpern und die Flüssigkeitskühlkörper 27, 28 eine zweite Gruppe mit zwei reihengeschalteten Kühlkör­ pern bilden. Beide Gruppen wiederum können parallelgeschal­ tet an einem gemeinsamen Zulaufkanal 29 und einem gemeinsa­ men Rücklaufkanal 30 liegen. Wie aus Fig. 5 zu erkennen ist, benötigt jeder Flüssigkeitskühlkörper nur einen An­ schluß für den ersten Kanal 4 und nur einen Anschluß für den zweiten Kanal 5, während die jeweils zweiten Anschlüsse verschlossen sind. Der Zulaufkanal 29 ist mit dem ersten Anschluß 7 des ersten Kanals 4 des Flüssigkeitskühlkörpers l sowie mit dem zweiten Anschluß des ersten Kanals des Flüssigkeitskühlkörpers 28 verbunden, während der zweite Anschluß des ersten Kanals des Flüssigkeitskühlkörpers 26 sowie der erste Anschluß des ersten Kanals des Flüssig­ keitskühlkörpers 27 an den Rücklaufkanal 30 angeschlossen sind.

In den Fig. 6, 7 und 8 sind Ausgestaltungsmöglichkeiten eines Kühlmittelverteilers dargestellt. Die Kühlflüssig­ keitsströmung ist jeweils durch Pfeile gekennzeichnet. Da­ bei sind in allen drei Figuren lediglich der erste Kanal 4 des hydraulischen Kühlmittelanschlusses 3 sowie die mög­ lichen ersten und zweiten Anschlüsse 7, 8 des Kühlmittel­ verteilers 6 dargestellt. Der zweite Kanal 5 mit den mögli­ chen ersten und zweiten Anschlüssen 9, 10 des Kühlmittel­ verteilers 6 ist in gleicher Weise ausbildbar.

In Fig. 6 ist ein Kühlmittelverteiler 6 dargestellt, des­ sen erster Kanal 4 lediglich mit einem ersten Anschluß 7 versehen ist, während der zweite Anschluß mittels eines Verschlusses 33 abgedeckt ist. Die Kühlflüssigkeit strömt über den Rohrabschnitt 20 und den Anschluß 7 in den ersten Kanal 4.

In Fig. 7 ist ein Kühlmittelverteiler 6 dargestellt, des­ sen erster Kanal 4 mit einem ersten Anschluß 7 und mit ei­ nem zweiten Anschluß 8 versehen ist. Die Kühlflüssigkeit strömt über den Rohrabschnitt 20 und den Anschluß 7 sowohl in den ersten Kanal 4 als auch in den zweiten Anschluß 8. Ein Leitblech 31 im Kühlmittelverteiler unterstützt und op­ timiert die Aufteilung des ankommenden Kühlflüssigkeits­ stromes in zwei abgehende Kühlflüssigkeitsströme.

In Fig. 8 ist ein Kühlmittelverteiler 6 dargestellt, des­ sen erster Anschluß mit einem Verschluß 33 abgedeckt ist, während der zweite Anschluß 8 mit dem ersten Kanal 4 ver­ bunden ist. Die Kühlflüssigkeit strömt über den Rohrab­ schnitt 20 und den Anschluß 8 in den ersten Kanal 4.

Claims (3)

1. Flüssigkeitskühlkörper für Leistungshalbleiter, mit einem einen hydraulischem Kühlmittelanschluß (3) auf­ weisenden Kühldosenkern (2), dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens zwei Kanäle (4, 5) enthaltende hydraulische Kühlmittelanschluß (3) mit einem integrierten Kühlmittel­ verteiler (6) versehen ist, der für jeden Kanal (4, 5) min­ destens zwei Anschlüsse (7, 8, 9, 10) aufweist, wobei in Ab­ hängigkeit der externen Kühlmittelführung wahlweise ein An­ schluß oder beide Anschlüsse eines jeden Kanals geöffnet sind.

2. Flüssigkeitskühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (7 bis 10) mittels Dichtringen (32) mit externen Rohrabschnitten (20) verbind­ bar sind.

3. Flüssigkeitskühlkörper nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelverteiler (6) mit einem Leitblech (31) zur Optimierung der Kühlflüssigkeits­ strömung versehen ist.