EP2486359A2 - Verfahren zur herstellung einer kühlplatte und vorrichtung hergestellt mit diesem verfahren - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer kühlplatte und vorrichtung hergestellt mit diesem verfahren

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Publication number
EP2486359A2
EP2486359A2 EP10745222A EP10745222A EP2486359A2 EP 2486359 A2 EP2486359 A2 EP 2486359A2 EP 10745222 A EP10745222 A EP 10745222A EP 10745222 A EP10745222 A EP 10745222A EP 2486359 A2 EP2486359 A2 EP 2486359A2
Authority
EP
European Patent Office
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plate
plates
recesses
range
base
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10745222A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Huber
Karsten Rechenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2486359A2 publication Critical patent/EP2486359A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/086—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20254—Cold plates transferring heat from heat source to coolant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/02—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/02—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials
    • F28F2275/025—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials by using adhesives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/06—Fastening; Joining by welding
    • F28F2275/061—Fastening; Joining by welding by diffusion bonding

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a cooling plate and to a device produced by the method, the method comprising the following steps, providing at least one first and at least one second plate each with recesses and arranging the at least two plates one above the other in such a way, that recesses of the at least one first plate overlap with recesses of the at least one second plate and continuous cooling channels are formed along a longitudinal direction in a plane of the plates.
  • the devices In a number of applications, which are given for example by capacitors, by power electrical components or by electrical machines, the devices must be cooled.
  • One possibility of effective cooling is the use of a cooling plate.
  • Kanä ⁇ le are formed, which are flowed through by a fluid.
  • a gas such as air or a liquid such as water or oil is usually used.
  • the cooling plates are made of a stack of Ble ⁇ chen.
  • the plates are pressed together by means of an external pressure, for example by screwing, or cold glued together.
  • Copper such as aluminum or steel
  • a disadvantage when gluing the sheets is that the glued joints only up to a certain, low temperature temperature of eg one to two hundred degrees Celsius, are thermally stable. Especially with regard to the possible high on ⁇ passing temperatures of a few hundred degrees Celsius when cooling devices adhesive bonds are only limited suitable when joining the sheets.
  • Fittings when joining sheets are technically very complex, as an accurate production of the holes for the screws is necessary, and usually lead to kei ⁇ ner fluidic sealing of the channels against each other and the environment, since fittings give a strong unequal distribution of pressures occurring ,
  • Object of the method according to the invention is to provide A possible ⁇ friendliness, which enables a simple, cost-effective and fluid-tight assembly of plates to a cooling plate.
  • it is an object to specify a method of ⁇ which allows a fluid-tight joining of non-solderable materials such as aluminum. In this case, penetration of materials used for joining, in recesses of the plates should be prevented.
  • it is an object to provide a device which is produced with the aid of the method according to the invention particularly favorable and stable and allows a particularly uniform cooling effect.
  • the inventive method for manufacturing a cooling plate comprising the steps, recesses providing at least one first and at least a second plate each having from ⁇ , and arranging the at least two plates above the other such that the recesses of the at least one first plate with recesses of at least one overlap the second plate.
  • continuous cooling channels are formed ent ⁇ long a longitudinal direction in a plane of the plates.
  • An advantage of the method according to the invention is that the cooling channels are not blocked during assembly and so fluid can continue to flow through the channels.
  • the function ⁇ ability of the cooling plate is thus obtained.
  • the steps can take place chronologically successively in the order of providing, inserting and arranging, with a subsequent step, forming a temporally and mechanically stable connection of the at least one first and the at least one second plate.
  • a simple and inexpensive production of the cooling plate is possible.
  • insertion before arranging the plates one above the other is easier to accomplish.
  • the arrangement of the recesses can be formed in regular patterns.
  • a plate having an identical shape of the at least one first plate may be used.
  • the at least one second plate is then placed 180 degrees about the one longitudinal direction in the plane of the plates rotated on the at least one first plate.
  • Aluminum may be used as the material for the at least one first and the at least one second plate. Aluminum can not be soldered. Thus remain as possible Shelter ⁇ mating materials between the at least two plates silicone, aluminum or an adhesive. Silicone and adhesives are liquid or viscous, which can clog the channels if used inappropriately. Only with very thin application in the range of ym can this be prevented. Alternatively, a layer of aluminum may be inserted in plates made of aluminum, which in particular has the same pattern of recesses on ⁇ as the stacked plates.
  • TheGerman Stahl- te material and the at least one first and the at least one second plate may then be heated, preferably to a temperature a few degrees Celsius below the Schmelztem ⁇ temperature of the material of at least a first and a second plate we ⁇ iquess.
  • the thin layer which has, for example, a thickness in the range of ym, melted and slightly viscous.
  • the shape of the plates remains stable. When cooled to room temperature, a mechanically stable, fluid-tight and stable connection is formed between the plates.
  • the at least two plates may be sandwiched between a base and a top plate.
  • Inlets and outlets for a fluid can be arranged in the base and / or cover plate, in particular with connections, such that a fluidic contact of the inlets and outlets to the formed cooling channels is formed in the at least two plates. It is advantageous if the step of at ⁇ ordering the base and cover plate in front of a step of forming a stable time from ⁇ and mechanically connecting the at least one first and at least a second
  • a device according to the invention produced by the method described above, has at least two plates each having dimensions of one plate, which are in the range of 0.4 m width by 0.6 m length and in the range of 0.5 to 5 mm thickness d ,
  • the width b of formed cooling channels may be in the range of 5 to 30 mm
  • a leg length 1 of the recesses may be in the range of 5 to 30 mm
  • a length a of overlaps of the recesses may be in the range of 2 to 20 mm
  • Connection channels can have a width k in the range of 5 to 50 mm.
  • a base plate may have a thickness d 'in the range of 1 to 10 mm.
  • a cover plate may also have a thickness d 'in the range of 1 to 10 mm.
  • Figure 1 is a plan view of a single plate with Ausfirstun ⁇ gen, and. b
  • Fig. 2 is an oblique view of a cooling plate according to the invention, consisting of a base and cover plate and a first and a second plate with recesses, which form continuous cooling channels, and
  • Fig. 3 is an enlarged view of the oblique view of Fig. 2 with dimensions.
  • a plate 10 with Y-shaped recesses 13 and connecting channels 11 is shown.
  • Holes for mechanical attachment 12 may be in the form of circular holes in the plate 10 or both in the plate 10 and in the adjacent plates 20, 21 executed. Via the inlets and outlets, fluids can be supplied to or removed from an upper or lower plate 10, 20, or 21.
  • the Y-shaped recesses 13 shown in Fig. 1 are each formed of straight, equal length parts with a length 1 in the range of eg 5 mm to 30 mm, which touch at one end and are mutually rotated by 120 °. Recesses 13 may also have other shapes, such as triangular shape, circular shape or T-shape.
  • the recesses are completely through a plate 10, for example, a rectangular, thin aluminum sheet with a thickness d in the range of, for example, 0.5 to 5 mm, removablebil ⁇ det. They can be stamped into the sheet metal, milled, cut by a laser or formed by other methods.
  • the recesses 13 are arranged so that they form a regular pattern and each have a distance to the nearest neighbor, which is smaller than a single or at least smaller than a double leg length 1.
  • connection channels 11 are arranged parallel to each other, elongated An ⁇ closing channels 11 as recesses.
  • the length of the connection channels 11 is almost equal to or smaller than the total length ⁇ of the plate 10 and is for example in the range of about 0.6 m.
  • the plate length may be in the range of 0.6 m, and the plate width may be in the range of about 0.4 m.
  • the cooling plate comprises a plate stack of base plate
  • the base and cover plate may have the same circumferential dimensions as the plates 10, ie a length in the range of 0.6 m and a width in the range of 0.4 m.
  • the thickness d 'of the base and cover plates 20, 21 may differ from the thickness d of the plates 10 in the range of 1 to 10 mm.
  • the sandwiched between the base and cover plates 20, 21 arranged two plates 10 are equal to the plate 10 shown in Fig. 1.
  • the two plates 10 each have the same shape and dimensions. It can be used ⁇ to more than two plates 10 for the inventive cooling plate but.
  • the second plate 10 is rotated about an axis parallel to the longitudinal direction 30 of the plate 10 by 180 °, and placed on the first plate 10 with the outer edges each congruent. This results in a plate stack in which recesses 13 of adjacent plates 10 each overlap at their ends, in the case of Y-shaped recesses 13 at each of the three ends of the Y.
  • the length a of the overlap of adjacent recesses 13 is for example in the range of 2 to 20 mm.
  • the channels can be one Have width b in the range of 5 to 30 mm, wherein connection channels 11 have a width in the range of 5 to 50 mm on ⁇ .
  • the plates can be mechanically pressed together. This is done by screw, not shown, brackets or other means for applying pressure.
  • a permanent seal is usually but only if in addition between adjacent plates 10 and the plates 10 and the base plate 20 and the cover plate 21, Ma ⁇ material is introduced for sealing.
  • Material for sealing may be silicone, a foil and / or an adhesive. These materials must also be applied thinly, ie in the range from ym to nm. This prevents penetration of the materials into the cooling channels or recesses 13 and connection channels 11 when the plates 10, 20, 21 are pressed together. In a drying step, heating lead to a hardening of the material for sealing.
  • a problem with a number of materials for sealing, based on polymer compounds is the chemical, thermal and Langzeitstabi ⁇ quality. Even a wafer-thin application of the materials for sealing on the plates 10 and / or 20, 21 can lead to problems and be very expensive.
  • a use of films of a material having a melting point less than the melting point of the material of the plates 10, 20, 21 may be useful.
  • a diffusion at high temperatures of the material of the film into the material of the plates 10, 20, 21 can lead to a mechanically permanently stable, fluid-tight connection.
  • a heating to a temperature below the melting point of the film may even be sufficient to achieve a high diffusion rate and thus to produce a connection of the plates 10, 20, 21. This is the case both for the same material film and plates 10, 20, 21 or for different materials of films and plates 10, 20, 21. Also, a use of deposited on the plates
  • Layers instead of films between the plates can be done.
  • thin layers can be deposited by sputtering, vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD) or metal organic chemical vapor deposition.
  • pour deposition (MOCVD) on the plates 10, 20, 21 are applied.
  • a deposition can take place before the recesses 13 and connection channels 11 are formed, or regions of the recesses 13 and connection channels 11 can be covered by a mask during a deposition.
  • a mask having pattern elements slightly larger than the recesses 13 and connecting channels 11 can be useful because such a penetration of material for sealing when heated in the recesses 13 and connecting ducts 11 can be prevented particularly well ⁇ ver.
  • Fig. 3 is an enlarged section of the plate stack shown in Fig. 2 is shown in an oblique view. Over ⁇ lappungen of recesses 13 and the dimensions are particularly well visible from the figure shown in Fig. 3.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte und auf eine Vorrichtung hergestellt mit dem Verfahren, wobei das Verfahren die folgenden Schritten umfasst, Bereitstellen wenigstens einer ersten und wenigstens einer zweiten Platte (10, 10') jeweils mit Ausnehmungen (13) und Anordnen der wenigstens zwei Platten (10, 10') übereinander derart, dass sich Ausnehmungen (13) der wenigstens einen ersten Platte (10) mit Ausnehmungen (13) der wenigstens einen zweiten Platte (10') überlappen und durchgehende Kühlkanäle entlang einer Längsrichtung (30) in einer Ebene der Platten (10, 10') ausgebildet werden. Zwischen den wenigstens zwei Platten (10, 10') wird ein Material zum mechanisch stabilen Zusammenfügen der Platten (10, 10') eingefügt, welches beim zeitlich stabilen Zusammenfügen im Wesentlichen nicht in die Ausnehmungen (13) der Platten (10, 10') eindringt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte und Vorrichtung hergestellt mit diesem Verfahren
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte und auf eine Vorrichtung hergestellt mit dem Verfahren, wobei das Verfahren die folgenden Schritten umfasst, Bereitstellen wenigstens einer ersten und wenigstens einer zweiten Platte jeweils mit Ausnehmungen und Anordnen der wenigstens zwei Platten übereinander derart, dass sich Ausnehmungen der wenigstens einen ersten Platte mit Ausnehmungen der wenigstens einen zweiten Platte überlappen und durchgehende Kühlkanäle entlang einer Längsrichtung in einer Ebene der Platten ausgebildet werden.
In einer Reihe von Anwendungen, welche zum Beispiel durch Kondensatoren, durch leistungselektrische Bauteile oder durch elektrische Maschinen gegeben sind, müssen die Vorrichtungen gekühlt werden. Eine Möglichkeit der effektiven Kühlung ist die Verwendung einer Kühlplatte. In der Kühlplatte sind Kanä¬ le ausgebildet, welche von einem Fluid durchströmt werden. Als Fluid wird in der Regel ein Gas, wie zum Beispiel Luft, oder eine Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser oder Öl, ver- wendet.
In der Regel sind die Kühlplatten aus einem Stapel von Ble¬ chen gefertigt. Um eine Dichtheit der Kanäle zu erreichen, werden die Platten mit Hilfe eines äußeren Drucks zusammen gepresst, zum Beispiel durch Verschraubung, oder untereinander kalt verklebt. Eine weitere Möglichkeit die Platten me¬ chanisch und zeitlich stabil sowie fluiddicht zusammenzufü¬ gen, stellt das Löten dar. Bei einem normalen Lötprozess kann jedoch nie ausgeschlossen werden, dass das Lot in die Kanäle gelangt und diese fluiddicht verstopft. Andere Stoffe als
Kupfer, wie zum Beispiel Aluminium oder Stahl, können nicht gelötet werden. Ein Nachteil beim Kleben der Bleche ist, das Klebverbindungen nur bis zu einer bestimmten, niedrigen Tem- peratur von z.B. ein- bis zweihundert Grad Celsius, thermisch stabil sind. Gerade im Hinblick auf die möglichen hohen auf¬ tretenden Temperaturen von einigen hundert Grad Celsius beim Kühlen von Vorrichtungen sind Klebverbindungen nur begrenzt beim Zusammenfügen der Bleche geeignet.
Verschraubungen beim Zusammenfügen von Blechen sind technisc sehr aufwändig, da eine genaue Fertigung der Bohrungen für die Schrauben notwendig ist, und führen in der Regel zu kei¬ ner fluidischen Dichtung der Kanäle gegeneinander und gegenüber der Umwelt, da Verschraubungen eine starke Ungleichverteilung von auftretenden Drücken ergeben.
Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, eine Mög¬ lichkeit anzugeben, welche ein einfaches, kostengünstiges und fluiddichtes Zusammenfügen von Platten zu einer Kühlplatte ermöglicht. Insbesondere ist es Aufgabe ein Verfahren an¬ zugeben, welches ein fluiddichtes Zusammenfügen von nicht lötbaren Materialien, wie zum Beispiel Aluminium erlaubt. Dabei soll ein Eindringen von verwendeten Materialien zum Zusammenfügen, in Ausnehmungen der Platten verhindert werden. Weiterhin ist es Aufgabe eine Vorrichtung anzugeben, welche mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders günstig und stabil hergestellt wird und eine besonders gleichmäßige Kühlwirkung erlaubt.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zur Her¬ stellung einer Kühlplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich der Vorrichtung, hergestellt mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Kühlplatte und der Vorrichtung, hergestellt mit dem Verfahren, gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale des Hauptanspruchs mit Merkmalen der Unteransprüche und/oder Merkmale von Unteransprüchen untereinander kombiniert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte umfasst die Schritte, Bereitstellen wenigstens einer ersten und wenigstens einer zweiten Platte jeweils mit Aus¬ nehmungen, und Anordnen der wenigstens zwei Platten überein- ander derart, dass sich Ausnehmungen der wenigstens einen ersten Platte mit Ausnehmungen der wenigstens einen zweiten Platte überlappen. Dabei werden durchgehende Kühlkanäle ent¬ lang einer Längsrichtung in einer Ebene der Platten ausgebildet. Zwischen den wenigstens zwei Platten wird ein Materi- al eingefügt zum mechanisch stabilen Zusammenfügen, welches beim zeitlich stabilen Zusammenfügen im Wesentlichen nicht in die Ausnehmungen der Platten eindringt.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Kühlkanäle beim Zusammenfügen nicht verstopft werden und so weiterhin Fluid durch die Kanäle strömen kann. Die Funktions¬ fähigkeit der Kühlplatte wird so erhalten.
Die Schritte können zeitlich aufeinanderfolgend in der Rei- henfolge Bereitstellen, Einfügen und Anordnen erfolgen, mit einem darauffolgenden Schritt, Ausbilden einer zeitlich und mechanisch stabilen Verbindung der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Platte. Bei Durchführung des Verfahrens mit der angegebenen Reihenfolge der Schritte wird eine einfache und kostengünstige Herstellung der Kühlplatte möglich. Im Gegensatz zum nachträglichen Einfügen des Materials zum mechanisch stabilen Zusammenfügen der Platten ist ein Einfügen vor dem Anordnen der Platten übereinander einfacher zu bewerkstelligen.
Die Anordnung der Ausnehmungen kann in regelmäßigen Mustern ausgebildet werden. Als wenigstens eine zweite Platte kann eine Platte mit einer identischen Form der wenigstens einen ersten Platte verwendet werden. Die wenigstens eine zweite Platte wird dann um 180 Grad um die eine Längsrichtung in der Ebene der Platten gedreht auf der wenigstens einen ersten Platte angeordnet. Die Herstellung von Platten mit nur einem Muster von Ausnehmungen reduziert Kosten und vereinfacht die Herstellung .
Als Material für die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Platte kann Aluminium verwendet werden. Aluminium kann nicht gelötet werden. Somit bleiben als mögliche einzu¬ fügende Materialien zwischen den wenigstens zwei Platten Silikon, Aluminium oder ein Kleber. Silikon und Kleber sind flüssig oder zähflüssig und können so bei schlechter Anwen- dung die Kanäle verstopfen. Nur bei sehr dünner Auftragung im Bereich von ym ist dies zu verhindern. Alternativ kann eine Schicht Aluminium bei Platten aus Aluminium eingefügt werden, welche insbesondere das gleiche Muster an Ausnehmungen auf¬ weist wie die übereinander gestapelten Platten. Das eingefüg- te Material und die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Platte kann dann erhitzt werden, insbesondere auf eine Temperatur wenige Grad Celsius unterhalb der Schmelztem¬ peratur des Materials der wenigstens einen ersten und der we¬ nigstens einen zweiten Platte. Dabei wird die dünne Schicht, welche zum Beispiel eine Dicke im Bereich von ym aufweist, aufgeschmolzen und leicht dickflüssig. Die Form der Platten bleibt hingegen stabil. Bei Abkühlung auf Raumtemperatur bildet sich zwischen den Platten eine mechanisch stabile, fluid- dichte und zeitlich stabile Verbindung.
Die wenigstens zwei Platten können sandwichartig zwischen einer Grund- und einer Deckplatte angeordnet werden. Zu- und Abführungen für ein Fluid können in der Grund- und/oder Deckplatte, insbesondere mit Anschlüssen, derart angeordnet wer- den, dass ein fluidischer Kontakt der Zu- und Abführungen zu den ausgebildeten Kühlkanälen in den wenigstens zwei Platten ausgebildet wird. Vorteilhaft ist, wenn der Schritt des An¬ ordnens der Grund- und Deckplatte vor einem Schritt des Aus¬ bildens einer zeitlich und mechanisch stabilen Verbindung der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten
Platte durchgeführt wird. Ein Schritt Ausbilden einer zeit¬ lich und mechanisch stabilen Verbindung der Grundplatte mit der wenigstens einen zweiten Platte sowie der Deckplatte mit der wenigstens einen ersten Platte kann vom Schritt des Aus¬ bildens einer zeitlich und mechanisch stabilen Verbindung der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Platte umfasst sein.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, hergestellt mit dem zuvor beschriebenen Verfahren, weist wenigstens zwei Platten mit Abmessungen jeweils einer Platte auf, welche im Bereich von 0,4 m Breite mal 0,6 m Länge und im Bereich von 0,5 bis 5 mm Dicke d liegen.
Die Breite b von ausgebildeten Kühlkanälen kann im Bereich von 5 bis 30 mm sein, eine Schenkellänge 1 der Ausnehmungen kann im Bereich von 5 bis 30 mm sein, eine Länge a von Über- lappungen der Ausnehmungen kann im Bereich von 2 bis 20 mm sein und Anschlusskanäle können eine Breite k im Bereich von 5 bis 50 mm aufweisen.
Eine Grundplatte kann eine Dicke d' im Bereich von 1 bis 10 mm aufweisen. Eine Deckplatte kann ebenfalls eine Dicke d' im Bereich von 1 bis 10 mm aufweisen.
Für die erfindungsgemäße Vorrichtung, hergestellt mit dem zu¬ vor beschriebenen Verfahren, ergeben sich die vorstehend er- wähnten, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte verbundenen Vorteile.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der folgenden Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Es zeigen: Fig. 1 eine Aufsicht auf eine einzelne Platte mit Ausnehmun¬ gen, und b
Fig. 2 eine Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Kühlplatte, bestehend aus einer Grund- und Deckplatte sowie einer ersten und einer zweiten Platte mit Ausnehmungen, welche durchgehende Kühlkanäle bilden, und
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der Schrägansicht aus Fig. 2 mit Bemaßungen.
In Fig. 1 ist eine Platte 10 mit Y-förmigen Ausnehmungen 13 und Anschlusskanälen 11 dargestellt. Bohrungen zur mechanischen Befestigung 12 können in Form kreisrunder Bohrungen in der Platte 10 oder sowohl in der Platte 10 als auch in den benachbarten Platten 20, 21 ausgeführt sein. Über die Zu- und Abführungen können Fluide in eine darüber oder darunter- liegende Platte 10, 20, oder 21 zu bzw. abgeführt werden.
Die in Fig. 1 dargestellten Y-förmigen Ausnehmungen 13 sind jeweils aus geraden, gleich langen Teilen mit einer Länge 1 im Bereich von z.B. 5 mm bis 30 mm ausgebildet, welche sich an einem Ende berühren und gegeneinander um 120° gedreht angeordnet sind. Ausnehmungen 13 können aber auch andere Formen, wie z.B. Dreiecksform, kreisrunde Form oder T-Form aufweisen. Die Ausnehmungen sind vollständig durchgehend durch eine Platte 10, z.B. ein rechteckiges, dünnes Aluminiumblech mit einer Dicke d im Bereich von z.B. 0,5 bis 5 mm, ausgebil¬ det. Sie können in das Blech gestanzt, gefräst, durch einen Laser ausgeschnitten oder durch andere Verfahren ausgebildet werden. Die Ausnehmungen 13 werden so angeordnet, dass sie ein regelmäßiges Muster ausbilden und jeweils einen Abstand zum nächsten Nachbarn aufweisen, welcher kleiner einer einfachen oder zumindest kleiner einer doppelten Schenkellänge 1 ist .
An den Enden entlang der Breite der rechteckigen Platte 10 sind jeweils parallel zueinander angeordnete, längliche An¬ schlusskanäle 11 als Ausnehmungen ausgebildet. Die Länge der Anschlusskanäle 11 ist nahezu gleich oder kleiner der Gesamt¬ länge der Platte 10 und liegt z.B. im Bereich von etwa 0,6 m. Die Plattenlänge kann im Bereich von 0,6 m liegen, und die Plattenbreite kann im Bereich von etwa 0,4 m liegen.
In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Kühlplatte dargestellt. Die Kühlplatte umfasst einen Plattenstapel aus Grundplatte
20, zwei Platten mit Ausnehmungen 10 und einer Deckplatte 21. Die zwei Platten mit Ausnehmungen 10 sind sandwichartig zwi¬ schen der Grundplatte 20 und der Deckplatte 21 angeordnet. In der Grund- und in der Deckplatte 20, 21 sind Zu- und Abfüh- rungen 12 für die Zu- und Ableitung eines Kühlfluids ausge¬ bildet, und diese stehen in fluidischem Kontakt mit den An¬ schlusskanälen 11 oder zumindest mit durch Ausnehmungen 13 ausgebildeten Kühlkanälen in den Platten 10. Die Grund- und Deckplatte können gleiche Umfangsmaße wie die Platten 10 auf- weisen, d.h. eine Länge im Bereich von 0,6 m und eine Breite im Bereich von 0,4 m. Die Dicke d' der Grund- und Deckplatte 20, 21 kann, abweichend von der Dicke d der Platten 10, im Bereich von 1 bis 10 mm liegen. Im Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 2 dargestellt ist, sind die sandwichartig zwischen der Grund- und Deckplatte 20, 21 angeordneten zwei Platten 10 gleich der in Fig. 1 dargestellten Platte 10. Die zwei Platten 10 weisen jeweils die gleiche Form und Maße auf. Es können für die erfindungsgemäße Kühlplatte aber auch mehr als zwei Platten 10 verwendet wer¬ den. Im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Platte 10 um eine Achse parallel der Längsrichtung 30 der Platte 10 um 180° gedreht, und auf die erste Platte 10 mit den äußeren Kanten jeweils deckungsgleich platziert. Es ergibt sich dadurch ein Plattenstapel, bei welchem Ausnehmungen 13 benachbarter Platten 10 sich jeweils an ihren Enden, im Fall von Y-förmigen Ausnehmungen 13 an jedem der drei Enden des Y, überlappen. Die Länge a der Überlappung benachbarter Ausnehmungen 13 liegt z.B. im Bereich von 2 bis 20 mm. Es bilden sich entlang einer Richtung in der Ebene der Platten 10 senkrecht zur Längsrichtung 30 durchgehende Kühlkanäle aus, welche die Anschlusskanäle 11 an gegenüberliegenden Sei¬ ten fluidisch miteinander verbinden. Die Kanäle können eine Breite b im Bereich von 5 bis 30 mm aufweisen, wobei Anschlusskanäle 11 eine Breite im Bereich von 5 bis 50 mm auf¬ weisen . Um einen zuvor beschriebenen Plattenstapel fluidisch dicht zu bekommen, können die Platten mechanisch aneinander gepresst werden. Dies erfolgt durch nicht dargestellte Verschraubung, Klammern oder andere Einrichtungen zum Ausüben von Druck. Eine dauerhafte Dichtung erfolgt in der Regel aber nur, wenn zusätzlich zwischen benachbarten Platten 10 sowie den Platten 10 und jeweils der Grundplatte 20 und der Deckplatte 21, Ma¬ terial zum Dichten eingebracht wird. Material zum Dichten kann Silikon, eine Folie und/oder ein Kleber sein. Diese Materialien müssen hauch dünn aufgetragen werden, d.h. im Be- reich von ym bis hin nm. Dies verhindert ein Eindringen der Materialien in die Kühlkanäle bzw. Ausnehmungen 13 und Anschlusskanäle 11 beim zusammenpressen der Platten 10, 20, 21. Bei einem Trockenschritt kann Erwärmung zu einem Aushärten des Materials zum Dichten führen. Problematisch bei einer Reihe von Materialien zum Dichten, basierend auf Polymerverbindungen ist die chemische-, thermische- und Langzeitstabi¬ lität. Auch ein hauchdünnes Auftragen der Materialien zum Dichten auf die Platten 10 und/oder 20, 21 kann zu Problemen führen und sehr aufwendig sein.
Einfacher durchzuführen ist eine Dichtung durch eine Folie aus einem Material, welches einen Schmelzpunkt kleiner oder gleich dem Material der Platten 10, 20, 21 aufweist. Bei einem Schritt Erwärmen bis zum Schmelzpunkt des Materials zum Dichten, können Kapillarkräfte zwischen benachbarten Platten 10, 20, 21 dazu führen, dass das flüssige bzw. fast flüssige Material zum Dichten nicht in die Ausnehmungen gelangt. Die¬ ser Effekt funktioniert besonders gut, wenn eine dünne Folie aus Material zum Dichten, mit einer Dicke im Bereich von ym bis hin zu nm, zwischen den Platten 10, 20, 21 angeordnet wird, welche insbesondere das Muster der Ausnehmungen der angrenzenden Platten 10, 20, 21 aufweisen kann. Bei Platten aus Aluminium kann z.B. eine Aluminium-Folie zwischen den Platten 10, 20, 21 jeweils angeordnet werden. Dabei kann der Effekt genutzt werden, dass dünne Folien aus einem Material einen geringeren Schmelzpunkt aufweisen verglichen mit dick aus dem Material hergestellten Platten. Bei einer Erwärmung der Kühl- platte mit dem Plattenstapel und Folien zwischen den Platten aus gleichem Material schmelzen die Folien zuerst, ohne dass zu diesem Zeitpunkt die Platten vollständig aufschmelzen und ihre Form verlieren. Wird keine weitere Erwärmung durchge¬ führt und somit nur eine Temperatur zur Erwärmung erreicht, welche knapp unterhalb der Temperatur des vollständigen
Schmelzens der Platten 10, 20, 21 liegt, so können die Plat¬ ten beim Abkühlen mechanisch stabil und fluiddicht über das Material der Folien verbunden werden, ohne dass die ursprüngliche Form der Ausnehmungen 13 oder der Anschlusskanäle 11 verändert ist und ohne dass Material zum Dichten Kanäle für einen Fluid-Transport durch diese Kanäle verstopft.
Auch eine Verwendung von Folien aus einem Material mit einem Schmelzpunkt kleiner als der Schmelzpunkt des Materials der Platten 10, 20, 21 kann sinnvoll sein. Eine Diffusion bei hohen Temperaturen von Material der Folie in das Material der Platten 10, 20, 21 kann dabei zu einer mechanisch dauerhaft stabilen, fluiddichten Verbindung führen. Dabei erfolgt eine Erwärmung auf die Schmelztemperatur der Folien, ohne eine Temperatur des Schmelzens der Platten 10, 20, 21 zu errei¬ chen .
Eine Erwärmung auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Folie kann sogar ausreichen, um eine hohe Diffusions- rate zu erreichen und somit eine Verbindung der Platten 10, 20, 21 herzustellen. Dies sowohl bei gleichem Material Folie und Platten 10, 20, 21 oder bei unterschiedlichen Materialien von Folien und Platten 10, 20, 21. Auch eine Verwendung von auf den Platten abgeschiedenen
Schichten statt Folien zwischen den Platten kann erfolgen. So können z.B. dünne Schichten über Sputtern, Aufdampfen, Chemical Vapour Deposition (CVD) oder Metal Organic Chemical Va- pour Deposition (MOCVD) auf die Platten 10, 20, 21 aufgebracht werden. Eine Abscheidung kann z.B. vor einer Ausbildung der Ausnehmungen 13 und Anschlusskanäle 11 erfolgen oder Bereiche der Ausnehmungen 13 und Anschlusskanäle 11 können durch eine Maske bei einer Abscheidung abgedeckt sein. Insbe¬ sondere eine Maske mit Musterelementen etwas größer als die Ausnehmungen 13 und Anschlusskanäle 11 kann sinnvoll sein, da so ein Eindringen von Material zum Dichten beim Erhitzen in die Ausnehmungen 13 und Anschlusskanäle 11 besonders gut ver¬ hindert werden kann.
In Fig. 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt des in Fig. 2 dargestellten Plattenstapels in Schrägansicht dargestellt. Über¬ lappungen von Ausnehmungen 13 und die Bemaßungen sind aus der in Fig. 3 gezeigten Abbildung besonders gut ersichtlich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte mit
den Schritten:
- Bereitstellen wenigstens einer ersten Platte (10) mit Aus¬ nehmungen (13), und
- Bereitstellen wenigstens einer zweiten Platte (10') mit
Ausnehmungen (13), und
- Anordnen der wenigstens einen ersten und der wenigstens ei- nen zweiten Platte (10, 10') übereinander derart, dass sich
Ausnehmungen (13) der wenigstens einen ersten Platte (10) mit Ausnehmungen (13) der wenigstens einen zweiten Platte (10') überlappen und durchgehende Kühlkanäle entlang einer Längsrichtung (30) in einer Ebene der Platten (10, 10') ausgebildet werden,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den wenigstens zwei Platten (10, 10') ein Material zum mechanisch stabilen Zusammenfügen der Platten eingefügt wird, welches beim zeitlich stabilen Zusammenfügen im Wesentlichen nicht in die Ausneh- mungen der Platten eindringt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte zeitlich aufeinanderfolgend in der Reihenfolge Bereitstellen, Einfügen und Anordnen erfolgen, mit einem dar- auffolgenden Schritt, Ausbilden einer zeitlich und mechanisch stabilen Verbindung der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Platte (10, 10').
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anordnung der Ausnehmungen
(13) regelmäßige Muster ausgebildet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens eine zweite Platte (10') eine Platte mit einer identischen Form der wenigstens einen ersten Platte (10) verwendet wird und die wenigstens eine zweite Platte (10, 10') um 180 Grad gedreht um die eine Längsrichtung (30) in der Ebene der Platten (10, 10') auf der wenigstens einen ersten Platte (10) angeordnet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Platte (10, 10') Alumi¬ nium verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als einzufügendes Material zwischen den wenigstens zwei Plat¬ ten (10, 10') Silikon, Aluminium oder ein Kleber verwendet wird .
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eingefügte Material und die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Platte (10, 10') erhitzt werden, ins¬ besondere auf eine Temperatur wenige Grad Celsius unterhalb der Schmelztemperatur des Materials der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Platte (10, 10') .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Platten (10, 10') Sandwichartig zwischen einer Grund- (20) und einer Deckplatte (21) angeordnet werden, wobei Zu- und Abführungen (12) für ein Fluid in der Grund- (20) und/oder Deckplatte (21), ins¬ besondere mit Anschlüssen (12), derart angeordnet werden, dass ein fluidischer Kontakt der Zu- und Abführungen (12) zu den ausgebildeten Kühlkanälen in den wenigstens zwei Platten (10, 10') ausgebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Anordnens der Grund- (20) und Deckplatte (21) vor einem Schritt Ausbil¬ den einer zeitlich und mechanisch stabilen Verbindung der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Platte (10, 10') durchgeführt wird und ein Schritt Ausbilden einer zeitlich und mechanisch stabilen Verbindung der Grundplatte (20) mit der wenigstens einen zweiten Platte (10') sowie der Deckplatte (21) mit der wenigstens einen ersten Platte (10) umfasst wird.
10. Vorrichtung hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Platten (10, 10') jeweils Abmessungen im Bereich von 0,4 m Breite mal 0,6 m Länge aufweisen und eine Dicke d im Bereich von 0,5 bis 5 mm aufweisen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite b von ausgebildeten Kühlkanälen im Bereich von 5 bis 30 mm ist, eine Schenkellänge 1 der Ausnehmungen (13), insbesondere von Y-förmigen Ausnehmungen (13), im Bereich von 5 bis 30 mm ist, eine Länge a von Überlappungen der Ausnehmungen (13) im Bereich von 2 bis 20 mm ist und Anschlusskanäle (11) eine Breite k im Bereich von 5 bis 50 mm aufweisen .
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grundplatte (20) eine Dicke d' im
Bereich von 1 bis 10 mm aufweist und/oder dass eine Deckplat¬ te (21) eine Dicke d' im Bereich von 1 bis 10 mm aufweist.
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