WO2007065666A2 - Gerät, baureihe von geräten, vorrichtung mit gehäuseteilen, verfahren, verwendung eines luftkühlers und verwendung eines flüssigkeitskühlers - Google Patents

Gerät, baureihe von geräten, vorrichtung mit gehäuseteilen, verfahren, verwendung eines luftkühlers und verwendung eines flüssigkeitskühlers Download PDF

Info

Publication number
WO2007065666A2
WO2007065666A2 PCT/EP2006/011725 EP2006011725W WO2007065666A2 WO 2007065666 A2 WO2007065666 A2 WO 2007065666A2 EP 2006011725 W EP2006011725 W EP 2006011725W WO 2007065666 A2 WO2007065666 A2 WO 2007065666A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cooler
heat
base plate
cooling
air
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/011725
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2007065666A3 (de
Inventor
Klaus Marahrens
Hans Jürgen KOLLAR
Werner Gramm
Joachim Nikola
Cornelius Mertzlufft-Paufler
Original Assignee
Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
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 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg filed Critical Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
Priority to CN2006800459779A priority Critical patent/CN101326866B/zh
Priority to AT06829353T priority patent/ATE445993T1/de
Priority to DE502006005141T priority patent/DE502006005141D1/de
Priority to EP06829353A priority patent/EP1961281B1/de
Publication of WO2007065666A2 publication Critical patent/WO2007065666A2/de
Publication of WO2007065666A3 publication Critical patent/WO2007065666A3/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/467—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • 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
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
    • H05K7/20918—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components the components being isolated from air flow, e.g. hollow heat sinks, wind tunnels or funnels
    • 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
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • Device series of devices, device with housing parts, method, use of an air cooler and use of a liquid cooler
  • the invention relates to a device, a series of devices, a device with
  • housing parts, a method, use of an air cooler and use of a liquid cooler From DE 198 47 789 a converter is known as a device with an air cooler.
  • the cooling device designed as an air cooler has cooling fins. The performance of the device is limited by the heat dissipation performance of the cooling device.
  • a valve component set is known in which IGBT modules and capacitors are connected in an electrically conductive manner via a rail system, the IGBT modules being mounted together with heating elements on a heat sink which has fins on which air flows past for cooling.
  • a cooling device for components is known from DE 202 00 484 U1, in which a heat exchanger through which a coolant flows is provided
  • a heat sink is known from DE 43 22 647 A1, which is created from two profiles which intermesh like a comb.
  • a mounting plate for electronic components is known from DE 20 2004 017 950 U1, which comprises a cooling body through which cooling liquid flows, one of which
  • Screw nut for forming a screw connection with an electronic component can be inserted non-rotatably into a fastening device extending on the heat sink.
  • an electronic assembly arrangement which comprises a processor and an energy supply module, which by a
  • the invention has for its object a series of devices with high
  • the object is achieved with the electrical device according to claim 1, the series according to claim 25, the device according to claim 28, the method according to claim 30 and the use according to claim 33, Claim 34 and features specified in claim 36 solved.
  • Important features in the invention of an electrical device are that heat-generating electrical components, in particular power semiconductors, and a
  • Cooling device for dissipating this heat are included, the cooling device being formed from an air cooler to which a liquid cooler is mounted and the air cooler being provided between the liquid cooler and the heat-generating electrical components. Important features of the invention in the device are also that the device comprises heat-generating components and a cooling device for dissipating this heat, the cooling device being optionally air-operated or liquid-operated, such as water-operated. Examples of heat generating
  • Components are power semiconductors, resistors, in particular braking resistors, and other electronic components that generate a lot of heat, for example coils. It is an advantage of the invention that the device can be equipped without water cooling for low power requirements and with additional simultaneous water cooling for high power. Thus there is a basic variant and a within a series
  • a modular system has been achieved, so to speak, depending on the application, that is to say the system and its demands on the device, a high output can be output or the device can be operated in an air and / or liquid-cooled manner.
  • water is used as an example for liquid.
  • Liquid coolers should always be read under water coolers and gas coolers under air coolers.
  • the air cooler comprises a heat sink, which has ribs and / or fingers for dissipating heat to air flowing past, and the heat-generating electrical components are connected to, in or on a base plate, in particular heat-conducting, the base plate being integral with the heat sink is formed, and the heat sink has a mechanical interface for releasable connection to a liquid cooler. So there is no heat sink
  • the liquid cooler can be connected to the air cooler, comprising the base plate and cooling fins. This means that three operating modes are possible: firstly, air cooling with a bare air cooler, secondly, if the water cooler is connected, cooling only by this and thirdly, if the water cooler is connected, cooling by air cooler and water cooler. In the second variant, heat does not reach the
  • the one-piece design of the base plate with the heat sink has the additional advantage over the interchangeability of the air cooler
  • Cold fingers is integrally formed. It is essential here that the heat sink is formed in one piece and thus has as little, namely no, heat transfer as possible. So there are only heat transfers from the heat generating components to the air cooler. If the water cooler is also installed, there is also heat transfer from the air cooler to the water cooler.
  • the mechanical interface comprises a base plate for mounting the liquid cooler.
  • a water cooler is mounted on the base plate.
  • Water cooler ensures, in particular by the formation of a flat contact surface, which provides sufficient strength for fastening the water cooler.
  • a water cooler can be releasably connected to the heat sink.
  • the advantage here is that a water cooler can be optionally connected or not. The selection depends on the requested power density for the device, i.e. power per volume of the device.
  • the water cooling can also be operated at the same time as the air cooling, or only the water cooling is operated. With additional water cooling, significantly more heat output can be dissipated than with mere air cooling.
  • the device comprises a heat sink, which has ribs or fingers for emitting heat to air flowing past.
  • a heat sink which has ribs or fingers for emitting heat to air flowing past.
  • the water cooler comprises a cooler plate, in which coolant channels running in parallel are formed, which are preferably through
  • connection parts and / or end parts are connected to form a coolant channel system, in particular wherein the coolant channels are designed as a bore and / or as a groove.
  • the water cooler is preferably constructed in at least three parts, a cooler plate being provided as the central part, into which coolant channels, which run parallel to one another, are advantageously introduced in a simple manufacturing process.
  • the water cooler also includes connecting parts that connect these coolant channels and thus provide the water cooler for integration into a coolant circuit. These coolant channels can advantageously be connected in series or in parallel. Combinations are also possible.
  • the bores instead of the bores, other profile cross sections, for example square ones, can be provided, in particular if the cooler plate is manufactured using the continuous casting process.
  • the water cooler comprises a cooler plate, in which recesses for receiving and / or passing through a cooling liquid are formed, the base plate of the air cooler at least partially forming the housing for the
  • the advantage here is that simple production can be carried out. Because there is no need for complex bores, rather the grooves can be produced as die castings.
  • the grooves are advantageously arranged such that a planar graph is idealized. Due to the direct contact between the coolant and
  • the base plate of the air cooler is the heat flow from the heat-generating
  • Bottom plate of the air cooler at least partially forming the housing for the recesses, and coolant channels are formed by fitting the water cooler.
  • Examples of alternative geometric shapes include circular recesses, rectangular recesses and irregular recesses with more or less ramifications.
  • the recesses in the cooler plate are designed as a meandering groove, which open into connection devices, in particular connection pieces, attached to the side or in the rear wall of the cooler plate, for connection to a coolant system.
  • a meandering groove advantageously brings about good heat transfer from the cooler plate to the coolant.
  • the base plate has elevations which are designed to match the recesses in the radiator plate, in particular for the sealing closure of the recesses and / or as a centering aid. The elevations advantageously cause the coolant to be whirled up as it flows past and thus to ensure thorough mixing of the coolant. The heat absorption by the coolant is thus improved and the coolant is optimally utilized.
  • the base plate is formed at a distance from the base plate via the cooling ribs and / or cooling fingers.
  • the advantage here is that the cooling fins and / or cooling fingers can be used in a second and third function, namely for the heat connection and for the mechanical connection of a water cooler.
  • cooling fins and / or cooling fingers are formed on the base plate of the heat sink and on the other hand a base plate is provided on the base plate for establishing a connection with the base plate, the base plate and base plate being formed in one piece.
  • the advantage here is that an alternative construction geometry is provided, in which the base plate is connected to the base plate in a particularly robust manner. A secure attachment of the
  • Water cooler causes on the air cooler, and the cooling fingers and / or cooling fins are mechanically relieved and advantageously filigree.
  • the base plate is formed in one piece with the cooling fins or with cooling fingers. The heat transfer from the heat-generating components to the cooling fingers is thus formed without avoidable material limits.
  • different material limits can be dispensed with, and yet a large variety of variants can be achieved among the configurable cooling devices with a relatively low number of parts.
  • the cooling capacity can be increased subsequently by a simple retrofit due to the modular design, that is to say after the device has been set up.
  • the water cooler and the heat sink is between the water cooler and the heat sink
  • Heat transfer resistance can be reduced.
  • Graphite or aluminum wax coating or the like are preferably mentioned as materials here.
  • the mechanical interface and the means for connecting are designed in such a way that the water cooler and the heat sink can be connected to the contact surface in a substantially flat manner. So that's a particularly good one
  • the mechanical interface and the means for connecting are designed in such a way that the water cooler and the heat sink can be connected in a substantially flat manner on the contact surface.
  • the means for connecting comprise clamping elements.
  • the advantage here is that the water cooler can be connected quickly and easily. In particular, pressing the water cooler onto the base plate of the heat sink is made possible. This pressing is carried out in such a way that the tensioning elements bring about a contact that is as uniform as possible.
  • the heat sink and / or the cooler plate can be manufactured as an extruded profile or die casting.
  • a simple manufacture is the
  • Radiator plate and / or the heat sink feasible.
  • the cavities are aligned along the direction of drawing or pressing and air and / or coolant can thus flow through them.
  • the heat sink comprises cooling fins between a base plate and a base plate, which is provided for connection to the water cooler. The advantage here is that a compact design is provided.
  • the heat can be transported from the base plate via the cooling fins to the base plate and can either be released to the air flowing past the ribs or can be further transported away from the base plate by means of the contact-arranged water cooling, with heat-conducting paste in the area of contact is predictable.
  • the heat sink is equipped with cooling fingers instead of cooling fins.
  • An isotropic cooling capability can then advantageously be achieved, so there is no preferred direction, in particular for convectionally flowing cooling air.
  • the heat sink comprises cooling fins on one
  • the advantage here is that the heat can be transported from the base plate to the air via the cooling fins, the base plate being arranged laterally. This enables other relative arrangements of the water cooler. It is also advantageous that an alternative construction geometry is provided in which the base plate does not impair the convection current of the air cooling. Such a heat sink can thus be used as an exclusive air cooler over a wide performance range.
  • a fan for generating air flow along the ribs of the heat sink is provided. The advantage here is that the heat transfer from the fins to the air flowing through can be improved in air-cooled cooling mode. When using the water cooling mode, the warm one
  • the device is provided in a closed room area, so that heat from the air in the room area can be dissipated together with the heat of the components via the fins and the water cooler.
  • the advantage here is that the device can be used under conditions in which the air surrounding the device is warmer than the ribs or at least a substantial part of the ribs. The heat is then transported away to the base plate and from there to the water cooler.
  • further devices are arranged in the room area which have components that emit heat to the air in the room area.
  • the advantage here is that other devices can be cooled indirectly from the first device.
  • the space area of the device for example the inside of a control cabinet, absorbs heat in its air. The heat can then be dissipated via the fins and the water cooler of the device. Another part of the heat of the air in the room area is also dissipated to the environment via the housing of the device. This means that not all of the heat has to be dissipated via the device with a water cooler.
  • the device encloses with its housing parts a room area within which heat-generating devices are arranged, wherein the heat or part of the heat can be given off to the air enclosed by the room area, at least one of the devices comprising a water cooler which is heat-conducting with cooling fins
  • Cooling device of the device in particular an air cooler of the device, is releasably connectable.
  • the device is a control cabinet.
  • the advantage here is that the device can also be used to cool additional control cabinet devices as soon as the air in the control cabinet is warmer than the average temperature of the fins.
  • the device comprises signal electronics which are designed such that heat can be emitted from the signal electronics to the surrounding area.
  • the advantage here is that the signal electronics can also be cooled via the water cooler, although only the ambient air and no special additional means for heat flow control are necessary for this.
  • the device is a converter which includes signal electronics and power electronics for supplying an electric motor.
  • the advantage here is that different power classes with different heat development can be provided in a housing type of a converter, and that on the housing that partially with
  • Cooling function is provided, an additional water cooler can be installed as required.
  • the device is an electrical device, such as an uninterruptible power supply, frequency converter or converter Signal electronics and power electronics for supplying an electric motor includes.
  • the advantage here is that the performance per volume when installing the water cooler is very high.
  • the device is a controller, a converter, a soft starter, a motor starter, or has or switches a motor current
  • the device comprising signal electronics and power electronics.
  • the advantage here is that other devices to influence the
  • the device has a controller, a converter, a soft starter, an uninterruptible power supply, an emergency power generator or a frequency converter, a motor starter or electronics that switch or influence motor currents, the device comprising signal electronics and power electronics.
  • the base plate additionally comprises connecting means for positive connection to housing parts, in particular also for dissipating a portion of the heat to the environment via these housing parts.
  • variants are provided, the variants of the series each comprising an electrical device, in particular according to at least one of the preceding claims, wherein
  • the electrical device is provided with an air cooler
  • the electrical device with a
  • Liquid cooler can be operated, which is mounted on the air cooler.
  • the advantage here is that the water cooler can be installed or not to increase the power density of the device.
  • two variants of the series can be produced with different performance.
  • a total of three operating modes are possible. In a first only the air cooler is operated, in a second only the one fitted to the air cooler is operated
  • the device can be equipped with additional water cooling for air cooling, the air cooler having a mechanical interface for detachable connection to a water cooler.
  • a fan in one variant of the first and second variant, can be mounted on the air cooler.
  • the variety of variants is thus further increased with regard to the achievable cooling performance classes.
  • housing parts enclose a room area within which heat-generating electrical devices are arranged, part of the heat being emittable to the air enclosed by the room area, at least one of the electrical devices comprising a water cooler that is thermally conductive can be detachably connected to cooling fins of the cooling device of the electrical device, in particular an air cooler of the electrical device, in particular directly or indirectly via a base plate connected to the cooling fins or cooling fingers.
  • a water cooler can be used for indirect cooling via the air in the room area.
  • the device is a control cabinet.
  • the advantage here is that the combined cooling device consisting of air cooler and water cooler can also be used to cool the interior of the control cabinet.
  • Important features of the invention of a method for cooling a converter are that the converter has at least one liquid cooler and one air cooler
  • Power semiconductor comprises, wherein heat is conducted from the power components through the heat sink of the air cooler to the liquid cooler.
  • Air cooler takes place and on the other hand there is a possibility of switching on a water cooler that does not impair the air cooling.
  • coolant water is used.
  • the advantage here is that an inexpensive coolant can be used.
  • the power semiconductors are connected on, in or on a base plate, which is made in one piece with cooling fins or cooling fingers of the heat sink, with heat spreading between the base plate and cooling fins or cooling fins without heat transfer.
  • the advantage here is that the cooling capacity of the air cooler is not reduced by avoidable material limits.
  • the air cooler is used as a thermal bridge between heat-generating components and a liquid cooler, in particular being between the air cooler and
  • Liquid cooler a mechanical interface for detachable connection is provided.
  • the advantage here is that the air cooler can be acted on with a second function, namely the thermal connection of a water cooler if necessary.
  • a device is provided, in particular a converter, which comprises a liquid cooler and heat-generating components, in particular power semiconductors, the air cooler conducting heat through the heat-generating components, in particular
  • the air cooler conducts a substantial portion, in particular 90% or more, or the entire portion of the heat absorbed by the heat-generating components to the liquid cooler.
  • the advantage here is that the water cooler provides efficient cooling of the device.
  • heating of the ambient air, especially when installed in the control cabinet, can be avoided.
  • the liquid cooler is provided on an air cooler of a device in order to increase the cooling capacity, in particular in such a way that the air cooler conducts a substantial part or all of the heat absorbed by the heat-generating components to the liquid cooler.
  • the heat-generating components are power modules and / or power semiconductors.
  • power electronics can be provided, in particular also to control large outputs, such as electric motors with several kW.
  • the components are braking resistors or they are used in frequency converters or uninterruptible power supplies.
  • the device according to the invention is therefore an electrical device, which at least
  • Power components includes that are cooled via a heat sink. Further advantages result from the subclaims.
  • the invention is not limited to the combination of features of the claims. For the expert, there are further useful combinations of claims and / or individual
  • FIG. 1 shows an electrical device with an air cooler and an assembled water cooler
  • FIG. 2 shows the electrical device from FIG. 1 with an additionally mounted fan
  • FIG. 4a shows the mechanical interface for mounting the water cooler in the device according to FIG. 1,
  • FIG. 4b shows a sectional view through the device according to FIG. 1,
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a water cooler for mounting on the mechanical
  • FIG. 6a shows an oblique view of a further water cooler for mounting on the mechanical interface of the air cooler
  • Figure 6b is a plan view of the mechanical interface in the assembled
  • FIG. 6c shows a sectional view through the water cooler according to FIG. 6a.
  • a device according to the invention is shown in parts in FIG. It is an electrical device that can be operated with air cooling. Are in the electrical appliance
  • Power modules 7 or power semiconductors the heat of which is dissipated to a cooling device.
  • This comprises a heat sink with cooling fins 5.
  • the cooling fins 5 are arranged between a base plate 6 and a base plate 4.
  • the heat sink can be produced as an extruded profile, in particular from aluminum. It is therefore inexpensive to manufacture and the air can flow along the ribs in the direction of drawing and thus absorb the heat.
  • cooling fins 5 are designed as filament-shaped continuous cast profiles, the upper and lower side regions of which are each formed in a thickened manner and which are underneath one another are pressed and / or welded to form the base plate 6 from the upper side areas and the base plate 4 from the lower side areas.
  • the base plate 4 is designed in such a way that a mechanical interface is created for mounting on a water cooler 3, which consists of a cooler plate 13, a connecting part 11 and a closing part 12.
  • the feed line 1 and the return line 2 for the water are, as can be seen in FIG. 1, attached to the connection part 11.
  • the device can only be used in an air-cooled manner in a first, more cost-effective operating mode, and can be operated in a water-cooled manner in a second, more complex operating mode.
  • the device In the first operating mode, the device is mounted on a wall, for example the inside of a control cabinet or machine wall, by means of its base plate, cooled with air and has only a first maximum permissible output.
  • Water cooler 3 i.e. the cooler plate 13 is mounted and then mounted with its underside to a wall, for example a control cabinet inner wall or machine wall, and has only a second maximum permissible output, which is far greater than the first output when the water cooling and air cooling is operated simultaneously. If only that
  • the same electronics and the same housing of the device can be used for two different performance classes, with only one additional water cooler having to be provided in the higher performance class. It is also important that, with water cooling, no higher performance class can be achieved, but the heat is not dissipated to the air directly surrounding the device, but via the
  • FIG. 4a shows the air-coolable device from FIG. 1, the water cooler having been removed.
  • Power modules 7 are mounted on a base plate 6.
  • Thermal grease is applied to the connection surface between power modules 7 and base plate 6.
  • the base plate 6 opens into cooling fins 5.
  • An air cooler for the power modules 7 is thus formed.
  • a heat path that is to say a thermal bridge, for the outflowing heat is thus formed for each power module 5, which only crosses a material boundary - the connection surface between the power module 7 and the base plate 6. This is an air cooler with high cooling capacity
  • the ends of the cooling fins 5 facing away from the base plate 6 are each connected in one piece to a base plate 4.
  • the side of the base plate 4 facing away from the cooling fins 5 has a flat one
  • the contact surface 41 is machined in such a way that an assembly of a water cooler is made possible, the heat transfer resistance between
  • Contact area 41 and water cooler is small.
  • the contact surface is particularly flat and the surface quality can be achieved with special care or better, such as by grinding.
  • the base plate 4 has bores 42 in which for mounting a water cooler
  • Screws are screwed.
  • the water cooler used has a contact surface designed to match the contact surface 41. A low heat transfer resistance is thus achieved at the transition between the contact surfaces.
  • FIG. 4b shows the air cooler from FIG. 4a with a three-piece water cooler 3 attached.
  • This water cooler 3 comprises a cooler plate, in which coolant channels 43, which run in parallel, are provided for the passage of a coolant.
  • These coolant channels 43 are connected in pairs to one another at their respective ends via a connecting part 11 and a closing part 13 to form a meandering coolant channel.
  • corresponding recesses are provided in the connection part 11 and in the end part 13.
  • the water cooler 3 can thus be operated by connecting the coolant channel to a coolant circuit.
  • the coolant channels which run parallel in the cooler plate are attached via on the mouth sides of the coolant channels
  • connection parts connected in such a way that the coolant channels are connected in parallel.
  • a supply line from the coolant circuit is provided on one connecting part, while a return line to the other connecting part is provided
  • Coolant circuit is provided.
  • Connection parts and possibly end parts are integrally connected to the cooler plate and / or are held in a form-fitting manner by a rail system and / or a groove system. In alternative, detachable connections of the three parts of the water cooler are provided.
  • the bores 42 are additionally from the cooling fins 5
  • the bores 42 can be used to mount the air cooler on a wall, for example by using screws whose
  • Thread diameter is smaller than the clear width of the bores 42.
  • the base plate is not flat, but rather has a different geometric shape, which brings about good heat-conducting contact with the heat-generating components.
  • the connecting pieces are not on the side
  • FIG. 6a shows a further exemplary embodiment of a water cooler according to the invention, which can be connected to a base plate 4 of an air cooler.
  • a cooler plate 60 has a groove 61 which open into connecting pieces 63 for connecting a cooling circuit.
  • the cooler plate 60 also has a flat, ground surface 68, the one
  • FIG. 6 b shows the water cooler in a top view of the ground surface 68 and the groove base 67 with the elevations 64.
  • Figure 6c shows a section along line A-A of Figure 6b.
  • the section of the groove 61 shown is connected via a passage 69 to the adjacent section of the groove 61, so that a meandering groove 61 is formed, as shown in FIGS. 6a and 6b.
  • the elevations 64 are arranged at regular intervals and have a height that is less than half the depth of the groove 61.
  • the spacings of the elevations 64 from one another are chosen to be greater than the longitudinal extent, that is to say the extent in the groove direction, of the elevations 64.
  • the surveys are arranged in irregular arrangements and / or have an irregular distribution of the individual
  • the base plate additionally has centering means such as grooves, lugs and / or steps, and the water cooler has appropriately designed centering means. This enables easy assembly in a defined relative position of the water cooler and air cooler.
  • the centering means are preferably designed such that the screws for connecting the water cooler to the air cooler are loaded
  • the cooler plate of the water cooler has such centering means, and the base plate of the air cooler is designed accordingly.
  • the water cooler is by means of a
  • Clamping device can be mounted on the base plate of the air cooler.
  • the tensioning device comprises, in particular, brackets, levers and hooks, the brackets being inserted into hooks for tensioning and pressing the water cooler onto the base plate 4 by turning a lever connected to one of the brackets. So it's a quick one
  • the water cooler is inserted with one side into a groove-shaped recess in the base plate and releasably attached to the base plate with the other side, for example via a tensioning device of the type described or via a screw connection.
  • the mechanical interface between the base plate and the cooler plate is not designed as a plane, but a different geometric shape is provided, with which a good heat-conducting contact between the base plate and the cooler plate is brought about. For example, the mechanical interface runs along a section of an imaginary spherical shell.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of a water cooler.
  • a schematic diagram of the top view of the surface of the water cooler is shown, which is intended for connection to the base plate of the air cooler.
  • the water cooler comprises a cooler plate 50, in which a groove 51 is meandering. This groove 51 ends at its ends in bores 52, which in turn end in connecting pieces 53.
  • a cooling circuit can be connected to the water cooler via the connecting piece 53.
  • cooler plate 50 is fastened with its groove side to the base plate 4 of the air cooler, a closed channel is formed with the now closed groove 51, which channel
  • Connection piece 53 connects. The water cooler is now in the installed position
  • Bores 56 in the cooler plate 50 receive screws via which the water cooler can be connected to the base plate 4 of the air cooler.
  • the cooler plate 50 has sealing means in the form of a circumferential seal 55.
  • this seal 55 is inserted into a groove (not shown) or is designed as a Loctite adhesive strip.
  • the advantage of using a groove is that an inserted O-ring is squeezed in a defined manner when mounting the water cooler. The O-ring is thus protected against improper use and consequent destruction, and a secure, robust seal is provided.
  • the water cooler, especially the cooler plate, is preferably in
  • the water cooler is made of copper.
  • the groove base 57 of the groove 51 has elevations 54. These elevations 54 cause a swirling of the coolant flowing past and thus an increased cooling capacity.
  • the base plate has elevations which fit into the groove-shaped recesses in the cooler plate and partially fill them. The recesses are thus sealed and a coolant channel is formed. The elevations of the base plate also provide a centering aid when placing the cooler plate on the base plate and relieve the fasteners when assembled.
  • Geometric shape of the elevations is preferably carried out in such a way that the sealing of the cooler plate against the base plate results in a sealing closure
  • Coolant channels is effected.
  • a water cooler 34 is again provided, which can itself be mounted on the base plate 31.
  • the base plate 31 includes not only the cooling fins 32 but also connecting means 33 for the positive connection to housing parts, that is to say a further mechanical interface.
  • Heat-generating components, in particular power semiconductors, are attached to the rear of the base plate 31. If metallic housing parts are used, a further part of the heat can also flow into the surroundings via these.
  • the base plate itself is at least partially housing-forming.
  • the water cooler is designed in three parts, with a cooler plate 38 inside
  • Coolant channels are provided, and a connector 36 and a connector 37 are attached to the end faces.
  • the connecting part 36 connects the coolant channels to one another and to a feed line 1 and a return line 2 of a coolant circuit.
  • the end part 37 connects the coolant channels to one another.
  • Radiator plate 38
  • End part 37 and connecting part 36 are integrally connected to one another, in particular by welding or gluing.
  • a cutout 35 is provided for receiving a fan.
  • a further variant can thus be formed in which the cooling capacity of the air cooler is increased by means of a fan.
  • the water cooler is made in one piece.
  • the device is a converter for industrial applications. It supplies and controls an electric motor.
  • the converter has signal electronics, which have a thermal barrier to the power electronics is executed.
  • the heat barrier can be poorer than metal due to heat on the one hand and / or by appropriately provided air movement, that is, a separation of the contact between the power electronics and the signal electronics
  • the device is for feeding a medium-frequency current into a primary conductor system, on which movably arranged consumers are provided, which can be supplied from secondary coils inductively coupled to the primary conductor system.
  • the device is a
  • the device is an electrical device, such as a
  • uninterruptible power supply i.e. emergency generator or the like, or frequency converter or inverter.
  • the device is provided in a control cabinet or in another air-tight room area.
  • the heat sink with cooling fins 5 takes on a further function, namely the cooling of the air surrounding the device, for example the interior air in the control cabinet.
  • the heat sink with cooling fins 5 takes on a further function, namely the cooling of the air surrounding the device, for example the interior air in the control cabinet.
  • other electronic devices that are provided in the control cabinet can also be cooled by means of the heat that can be dissipated to the water cooler via the cooling fins.
  • an electric motor-driven fan 20 is provided such that the air flow along the cooling fins can be actively driven and / or controlled. This means that a higher maximum permissible output can be achieved in the first operating mode, since the air not only flows driven by convection, but much more air flows through the air cooler per time. A somewhat higher output can also be achieved in the second operating mode.
  • the ambient air of the device can also be cooled, so other devices can also be cooled.
  • the fan 20 according to FIG. 2 is arranged with two further fans in a fan module which can be connected to the cooler, in particular the ribs 5 of the cooler, in a force-fitting and / or form-fitting manner.
  • the heat of the signal electronics of the device can be dissipated to the surroundings. This can be done directly or indirectly via a heat sink.
  • the signal electronics is in turn via the
  • the water cooler is
  • the air cooler comprising the cooling fins 5 is thus mechanically more elastic.
  • the means for releasably connecting the water cooler to the air cooler are designed in such a way that the plate 3 is placed against the base plate 4 when it is connected. Thermal paste or film can be provided between the two plates.
  • the means include connecting screws that are passed through the air cooler and on
  • clamping means are provided as the connecting means, which are arranged in such a way that the more elastic plate 3 is pressed against the base plate 4, whereby a contact that is as uniform as possible is achieved.
  • the clamping means comprise clamping hooks or other clamping elements
  • the heat sink is produced from a rolled copper profile.

Abstract

Gerät, Baureihe und Vorrichtung, umfassend Wärme erzeugende Komponenten und eine Kühlvorrichtung zur Abfuhr dieser Wärme, wobei die Kühlvorrichtung wahlweise luftbetrieben oder wasserbetrieben ausgeführt ist. Insbesondere ist eine Schnittstelle an der luftbetriebenen Kühlvorrichtung ausgebildet, an die eine wassermontierbare Kühlvorrichtung montierbar ist.

Description

Gerät, Baureihe von Geräten, Vorrichtung mit Gehäuseteilen, Verfahren, Verwendung eines Luftkühlers und Verwendung eines Flüssigkeitskühlers
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Gerät, eine Baureihe von Geräte, eine Vorrichtung mit
Gehäuseteilen, ein Verfahren, eine Verwendung eines Luftkühlers und eine Verwendung eines Flüssigkeitskühlers. Aus der DE 198 47 789 ist ein Umrichter als Gerät mit Luftkühler bekannt. Dabei weist die als Luftkühler ausgeführte Kühlvorrichtung Kühlrippen auf. Die Leistung des Geräts ist dabei begrenzt durch die Wärmeabfuhrleistung der Kühlvorrichtung.
Aus der DE 102 36 525 A1 ist ein Ventilbauelement-Satz bekannt, bei dem IGBT-Module und Kondensatoren über ein Schienensystem elektrisch leitfähig verbunden sind, wobei die IGBT- Module gemeinsam mit Heizstäben auf einem Kühlkörper angebracht sind, der Rippen aufweist, an denen Luft zur Kühlung vorbeiströmt.
Aus der DE 202 00 484 U1 ist eine Kühlvorrichtung für Bauteile bekannt, bei der ein von einem Kühlmittel durchströmten Wärmetauscher vorgesehen ist
Aus der DE 43 22 647 A1 ist ein Kühlkörper bekannt, der aus zwei Profilen erstellt ist, die kammartig ineinander greifen. Aus der DE 20 2004 017 950 U1 ist eine Montageplatte für elektronische Bauteile bekannt, die einen von Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlkörper umfasst, wobei eine
Schraubenmutter zur Ausbildung einer Schraubverbindung mit einem elektronischen Bauteil verdrehsicher in eine sich am Kühlkörper erstreckende Befestigungseinrichtung einführbar ist.
Aus der DE 199 08 160 A1 ist eine elektronische Baugruppenanordnung bekannt, die einen Prozessor und einen Energieversorgungsbaustein umfasst, welche durch einen
gemeinsamen Träger zusammengehalten werden, an den ein Lüfter montierbar ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baureihe von Geräten mit hoher
Leistungsdichte aber geringen Kosten weiterzubilden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem elektrischen Gerät nach den in Anspruch 1 , bei der Baureihe nach den in Anspruch 25, bei der Vorrichtung nach den in Anspruch 28, bei dem Verfahren nach den in Anspruch 30 und bei der Verwendung nach den in Anspruch 33, Anspruch 34 und in Anspruch 36 angegebenen Merkmalen gelöst. Wichtige Merkmale bei der Erfindung eines elektrischen Geräts sind, dass Wärme erzeugende elektrische Komponenten, insbesondere Leistungshalbleiter, und eine
Kühlvorrichtung zur Abfuhr dieser Wärme umfasst sind, wobei die Kühlvorrichtung aus einem Luftkühler gebildet ist, an dem ein Flüssigkeitskühler anmontiert ist und wobei der Luftkühler zwischen dem Flüssigkeitskühler und den Wärme erzeugenden elektrischen Komponenten vorgesehen ist. Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Gerät sind außerdem, dass das Gerät Wärme erzeugende Komponenten und eine Kühlvorrichtung zur Abfuhr dieser Wärme umfasst, wobei die Kühlvorrichtung wahlweise luftbetrieben oder flüssigkeitsbetrieben, wie beispielsweise wasserbetrieben, ausgeführt ist. Beispiele für Wärme erzeugende
Komponenten sind Leistungshalbleiter, Widerstände, insbesondere Bremswiderstände, und andere elektronische Bauelemente mit großer Wärmeentwicklung, beispielsweise Spulen. Von Vorteil ist bei der Erfindung, dass das Gerät bei kleiner Leistungsanforderung ohne Wasserkühlung und bei hoher Leistung mit zusätzlich gleichzeitiger Wasserkühlung ausstattbar ist. Somit ist innerhalb einer Baureihe eine Grundvariante und eine
Zusatzvariante herstellbar. Es ist sozusagen ein Baukastensystem erreicht, wobei je nach Anwendung, also der Anlage und ihrer Anforderungen ans Gerät, eine hohe Leistung abgebbar ist oder das Gerät luft- und/oder flüssigkeitsgekühlt betreibbar ist. Als Beispiel für Flüssigkeit wird im Folgenden Wasser verwendet.
Unter Wasserkühler ist stets auch Flüssigkeitskühler mitzulesen und unter Luftkühler stets Gaskühler.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Lüftkühler einen Kühlkörper, der Rippen und/oder Finger aufweist zur Wärmeabgabe an vorbeiströmende Luft, und die Wärme erzeugenden elektrischen Komponenten sind auf, in oder an einer Grundplatte verbunden, insbesondere wärmeleitend, wobei die Grundplatte mit dem Kühlkörper einstückig ausgebildet ist, und der Kühlkörper weist eine mechanische Schnittstelle zum lösbaren Verbinden mit einem Flüssigkeitskühler auf. Somit ist bei dem Kühlkörper kein
Wärmeübergang zwischen zwei Teilen notwendig sondern die Wärme breitet sich innerhalb des einen Teils aus, insbesondere bis in die Kühlfinger oder Kühlrippen. Bei der Erfindung ist nun von besonderem Vorteil, dass der Flüssigkeitskühler an den Luftkühler, umfassend Grundplatte und Kühlrippen, verbindbar ist. Somit sind also drei Betriebsarten ermöglicht: erstens Luftkühlung mit bloßem Luftkühler, zweitens bei verbundenem Wasserkühler eine Kühlung nur durch diesen und drittens bei verbundenem Wasserkühler eine Kühlung durch Luftkühler und Wasserkühler. Bei der zweiten Variante wird Wärme nicht an die
Umgebungsluft abgegeben. Die einstückige Ausbildung von Grundplatte mit Kühlkörper hat den zusätzlichen Vorteil gegenüber einer Austauschbarkeit von Luftkühler gegen
Wasserkühler, dass eine lösbare Schnittstelle oder Wärmeübergangsstelle zwischen Wärme erzeugenden elektrischen oder elektronischen Komponenten und Luftkühler vermeidbar ist. Dadurch ist die Kühlleistung des Luftkühler im Betrieb ohne Wasserkühler erheblich erhöht gegenüber einem Luftkühler mit derartiger Schnittstelle. Insbesondere die Vermeidung von Schnittstellen oder Materialgrenzen besonders vorteilhaft bei der Verbesserung der
Kühlleistung eines Luftkühlers, bei dem ja die Wärmeabgabe an die Umgebungsluft von sich aus ungünstig ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Grundplatte mit den Kühlrippen oder mit
Kühlfingern einstückig ausgebildet ist. Wesentlich ist dabei, dass der Kühlkörper einstückig ausgebildet ist und somit möglichst wenig, nämlich keinen, Wärmeübergang aufweist. Es sind also nur Wärmeübergänge von den Wärme erzeugenden Komponenten zum Luftkühler vorhanden. Bei zusätzlich anmontiertem Wasserkühler ist auch noch ein Wärmeübergang vom Luftkühler zum Wasserkühler vorhanden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die mechanische Schnittstelle eine Bodenplatte zur Montage des Flüssigkeitskühlers. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist an der Bodenplatte ein Wasserkühler montiert. Von Vorteil ist dabei, dass mit einer Bodenplatte eine einfach fertigbare Schnittstelle definiert ist, die einen guten Wärmeübergang zum
Wasserkühler sorgt, insbesondere durch die Ausbildung einer ebenen Kontaktfläche, die hinreichende Festigkeit zur Befestigung des Wasserkühlers bewirkt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Kühlkörper ein Wasserkühler lösbar verbindbar. Von Vorteil ist dabei, dass wahlweise ein Wasserkühler zusätzlich verbindbar ist oder nicht. Die Auswahl ist dabei abhängig von der angeforderten Leistungsdichte für das Gerät, also Leistung pro Volumen des Geräts. Die Wasserkühlung kann zusätzlich gleichzeitig zur Luftkühlung betrieben werden, oder es wird auch nur die Wasserkühlung betrieben. Mit zusätzlicher Wasserkühlung ist erheblich mehr Wärmeleistung abführbar als mit bloßer Luftkühlung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Gerät einen Kühlkörper, der Rippen oder Finger aufweist zur Wärmeabgabe an vorbeiströmende Luft. Von Vorteil ist dabei, dass eine große Oberfläche zur Abgabe von Wärme vorgesehen ist und somit die Durchschnitts- Temperatur im Kühlkörper niedrig gehalten ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Wasserkühler eine Kühlerplatte, in der parallel verlaufende Kühlmittelkanäle ausgebildet sind, die vorzugsweise durch
Anschlussteile und/oder Abschlussteile zu einem Kühlmittelkanalsystem verbunden sind, insbesondere wobei die Kühlmittelkanäle als Bohrung und/oder als Nut ausgebildet sind. Vorzugsweise ist der Wasserkühler mindestens dreiteilig ausgebildet, wobei als Mittelteil eine Kühlerplatte vorgesehen ist, in die vorteilhaft in einem einfachen Herstellungsverfahren parallel verlaufende Kühlmittelkanäle eingebracht sind. Der Wasserkühler umfasst weiter Anschlussteile, die diese Kühlmittelkanäle verbinden und somit den Wasserkühler zur Einbindung in einen Kühlmittelkreislauf bereitstellen. Diese Kühlmittelkanäle sind vorteilhaft in Reihe oder parallel verbindbar. Auch Kombinationen sind denkbar. In einer Weiterbildung sind statt der Bohrungen andere Profilquerschnitte, beispielsweise quadratische, vorsehbar, insbesondere wenn die Kühlerplatte im Stranggussverfahren gefertigt wird. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Wasserkühler eine Kühlerplatte, in der Ausnehmungen zur Aufnahme und/oder Durchleitung einer Kühlflüssigkeit ausgebildet sind, wobei die Bodenplatte des Luftkühlers zumindest teilweise gehäusebildend für die
Ausnehmungen ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Fertigung durchführbar ist. Denn aufwendige Bohrungen sind verzichtbar, vielmehr sind die Nuten als Druckguss herstellbar. Die Nuten sind dabei vorteilhaft so angeordnet, dass in Idealisierung ein planarer Graph gebildet wird. Durch den unmittelbaren Kontakt zwischen Kühlflüssigkeit und
Bodenplatte des Luftkühlers ist der Wärmeabfluss von den Wärme erzeugenden
Komponenten, also die Kühlleistung, weiter verbessert. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind statt der oder zusätzlich zu den Nuten Ausnehmungen anderer geometrischer Form ausgebildet, die zur Aufnahme und
Durchleitung von Kühlflüssigkeit geeignet sind. Auch in diesem Fall ist ein Teil der
Bodenplatte des Luftkühlers zumindest teilweise gehäusebildend für die Ausnehmungen, und es sind durch Aufsetzen des Wasserkühlers Kühlmittelkanäle gebildet. Beispiele alternativer geometrischer Formen umfassen kreisförmige Ausnehmungen, rechteckige Ausnehmungen und unregelmäßige Ausnehmungen mit mehr oder weniger starken Verästelungen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Ausnehmungen der Kühlerplatte als mäanderförmige Nut ausgebildet, die in seitlich oder in der Rückwand der Kühlerplatte angebrachte Anschlussvorrichtungen, insbesondere Anschlussstutzen, zum Anschluss an eine Kühlmittelanlage münden. Eine mäanderförmige Nut bewirkt vorteilhaft einen guten Wärmeübergang von der Kühlerplatte an das Kühlmittel. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Bodenplatte Erhebungen auf, die zu den Ausnehmungen der Kühlerplatte passend ausgebildet sind, insbesondere zum dichtenden Abschluss der Ausnehmungen und/oder als Zentrierhilfe. Die Erhebungen bewirken vorteilhaft ein Aufwirbelung der Kühlflüssigkeit beim Vorbeiströmen und damit eine gute Durchmischung der Kühlflüssigkeit. Somit ist die Wärmeaufnahme durch die Kühlflüssigkeit verbessert und die Kühlflüssigkeit optimal ausgenutzt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Bodenplatte über die Kühlrippen und/oder Kühlfinger von der Grundplatte beabstandet ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass die Kühlrippen und/oder Kühlfinger in einer zweiten und dritten Funktion verwendbar sind, nämlich zur Wärmeanbindung und zur mechanischen Anbindung eines Wasserkühlers.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind an der Grundplatte des Kühlkörpers einerseits Kühlrippen und/oder Kühlfinger ausgebildet und andererseits ist an der Grundplatte eine Bodenplatte zum Herstellen einer Verbindung mit der Bodenplatte vorgesehen, wobei Bodenplatte und Grundplatte einstückig ausgebildet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine alternative Baugeometrie bereitgestellt ist, bei welcher die Bodenplatte besonders robust mit der Grundplatte verbunden ist. Somit ist vorteilhaft eine sichere Befestigung des
Wasserkühlers an dem Luftkühler bewirkt, und die Kühlfinger und/oder Kühlrippen sind mechanisch entlastet und vorteilhaft filigran ausbildbar. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Grundplatte mit den Kühlrippen oder mit Kühlfingern einstückig ausgebildet. Somit ist der Wärmeübergang von den Wärme erzeugenden Komponenten an die Kühlfinger ohne vermeidbare Materialgrenzen ausgebildet. Allgemein ist ein Vorteil der Erfindung, dass verschiedene Materialgrenzen verzichtbar sind und dennoch eine hohe Variantenvielfalt unter den konfigurierbaren Kühlvorrichtungen bei verhältnismäßig geringem Teileaufwand erreicht wird. Besonders vorteilhaft ist, dass die Kühlleistung durch die modulare Bauweise nachträglich, das heißt nach Aufbau des Geräts, durch eine einfache Nachrüstung erhöht werden kann. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen Wasserkühler und Kühlkörper
Wärmeleitpaste oder Wärmeleitfolie vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass der
Wärmeübergangswiderstand verringerbar ist. Als Materialien seien hier vorzugsweise Graphit oder Aluminiumwachsbeschichtung oder dergleichen genannt. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind die mechanische Schnittstelle und die Mittel zum Verbinden derart ausgeführt, dass Wasserkühler und Kühlkörper an der Berührfläche im Wesentlichen eben anliegend verbindbar sind. Somit ist ein besonders guter
Wärmeübergang erreicht, und es wird eine hohe Kühlleistung bereitgestellt. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die mechanische Schnittstelle und die Mittel zum Verbinden derart ausgeführt, dass Wasserkühler und Kühlkörper an der Berührfläche im Wesentlichen eben anliegend verbindbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass der
Wärmeübergang lückenlos, insbesondere ohne Luftlöcher oder dergleichen, ausführbar ist. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfassen die Mittel zum Verbinden Spannelemente. Von Vorteil ist dabei, dass ein schnelles, einfaches Verbinden des Wasserkühlers vornehmbar ist. Insbesondere ist ein Andrücken des Wasserkühlers an die Bodenplatte des Kühlkörpers ermöglicht. Dieses Andrücken ist dabei so ausgeführt, dass die Spannelemente ein möglichst gleichmäßiges Anliegen bewirken.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Kühlkörper und/oder die Kühlerplatte als Strangpressprofil oder Druckguss fertigbar. Somit ist eine einfache Fertigung der
Kühlerplatte und/oder des Kühlkörpers durchführbar. Außerdem sind die Hohlräume entlang der Ziehrichtung oder Pressrichtung ausgerichtet und somit in dieser Richtung von Luft und/oder Kühlmittel durchströmbar. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Kühlkörper Kühlrippen zwischen einer Grundplatte und einer Bodenplatte, welche zur Verbindung mit dem Wasserkühler vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine kompakte Bauform bereitgestellt ist.
Außerdem ist von Vorteil, dass die Wärme von der Grundplatte über die Kühlrippen an die Bodenplatte transportierbar ist und dabei entweder an die an den Rippen vorbeiströmende Luft abgebbar ist oder von der Bodenplatte weiter abtransportierbar ist mittels der berührend angeordneten Wasserkühlung, wobei im Bereich der Berührung Wärmeleitpaste vorsehbar ist.
Alternativ wird der Kühlkörper mit Kühlfingern statt Kühlrippen ausgestattet. Vorteilhaft ist dann eine isotrope Kühlfähigkeit erreichbar, es ist also keine Vorzugsrichtung, insbesondere für konvektiv strömende Kühlluft vorhanden. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Kühlkörper Kühlrippen auf einer
Grundplatte, an der eine Bodenplatte angebracht oder einstückig ausgeformt ist, welche zur Verbindung mit dem Wasserkühler vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Wärme von der Grundplatte über die Kühlrippen an die Luft transportierbar ist, wobei die Bodenplatte seitlich angeordnet ist. Somit sind andere relative Anordnungen des Wasserkühlers ermöglicht. Von Vorteil ist dabei weiter, dass eine alternative Baugeometrie bereitgestellt ist, bei der die Bodenplatte den Konvektionsstrom der Luftkühlung nicht beeinträchtigt. Somit ist ein derartiger Kühlkörper über einen großen Leistungsbereich als ausschließlicher Luftkühler einsetzbar. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Lüfter zum Erzeugen von Luftströmung entlang der Rippen des Kühlkörpers vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass der Wärmeübergang von den Rippen an die durchströmende Luft verbessert werden kann bei luftgekühlter Kühlungsbetriebsart. Bei Einsatz der wasserkühlenden Betriebsart ist die warme
Umgebungsluft an den Rippen vorbeigeführt und gibt ihre Wärme an diese Rippen ab, welche die Wärme dann an den noch kälteren Wasserkühler weiterleiten.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Gerät in einem geschlossenen Raumbereich vorgesehen, so dass Wärme aus der Luft des Raumbereiches zusammen mit der Wärme der Komponenten über die Rippen und den Wasserkühler abführbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Gerät unter Bedingungen einsetzbar ist, bei denen die das Gerät umgebende Luft wärmer ist als die Rippen oder zumindest ein wesentlicher Teil der Rippen. Somit wird die Wärme dann abtransportiert an die Bodenplatte und von dort an den Wasserkühler.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind im Raumbereich weitere Geräte angeordnet, die an die Luft des Raumbereiches Wärme abgebende Komponenten aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass andere Geräte vom ersten Gerät indirekt kühlbar sind. Dies hat zum Vorteil, dass der Raumbereich der Vorrichtung, etwa das Innere eines Schaltschranks, Wärme aufnimmt in seiner Luft. Die Wärme ist dann abführbar über die Rippen und den Wasserkühler des Geräts. Ein anderer Teil der Wärme der Luft des Raumbereichs wird aber auch über das Gehäuse der Vorrichtung an deren Umgebung abgeführt. Somit muss nicht die gesamte Wärme über das Gerät mit Wasserkühler abgeführt werden.
In Weiterbildung umschließt die Vorrichtung mit ihren Gehäuseteilen einen Raumbereich, innerhalb dessen Wärme erzeugende Geräte angeordnet sind, wobei die Wärme oder ein Teil der Wärme an die vom Raumbereich umschlossene Luft abgebbar ist, wobei mindestens eines der Geräte einen Wasserkühler umfasst, der wärmeleitend mit Kühlrippen der
Kühlvorrichtung des Geräts, insbesondere eines Luftkühlers des Geräts, lösbar verbindbar ist. Insbesondere ist die Vorrichtung ein Schaltschrank. Von Vorteil ist dabei, dass mit dem Gerät auch weitere Schaltschrankgeräte kühlbar sind, sobald die Luft im Schaltschrank wärmer ist als die Durchschnittstemperatur der Rippen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Gerät Signalelektronik, die derart ausgeführt ist, dass Wärme von der Signalelektronik an den umgebenden Raumbereich abgebbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass auch die Signalelektronik über den Wasserkühler kühlbar ist, obwohl hierzu nur die Umgebungsluft und keine speziellen weiteren Mittel zur Wärmestromlenkung notwendig sind.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Gerät ein Umrichter, der Signalelektronik und Leistungselektronik zur Versorgung eines Elektromotors umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass in einem Gehäusetyp eines Umrichters verschiedene Leistungsklassen mit unterschiedlicher Wärmeentwicklung vorsehbar sind, und dass an das Gehäuse, dass teilweise mit
Kühlfunktion versehen ist, je nach Bedarf ein zusätzlicher Wasserkühler montierbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gerät ein Elektrogerät, wie beispielsweise unterbrechungsfreie Stromversorgung, Frequenzumformer oder Umrichter, der Signalelektronik und Leistungselektronik zur Versorgung eines Elektromotors umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass die Leistung pro Volumen bei Anmontieren des Wasserkühlers sehr hoch ausführbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gerät eine Steuerung, ein Umrichter, ein Sanftanlaufgerät, ein Motorstarter, oder weist eine Motorströme schaltende oder
beeinflussende Elektronik auf, wobei das Gerät Signalelektronik und Leistungselektronik umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass auch andere Geräte zum Beeinflussen des
Energieflusses verwendbar sind.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Gerät eine Steuerung, einen Umrichter, ein Sanftanlaufgerät, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, ein Notstromaggregat oder ein Frequenzumformer, einen Motorstarter oder allgeme.in eine Motorströme schaltende oder beeinflussende Elektronik auf, wobei das Gerät Signalelektronik und Leistungselektronik umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass die Erfindung nutzbar ist in einem Anwendungsgebiet, in dem hohe Wärmeentwicklung typisch ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Grundplatte zusätzlich Verbindungsmittel zur formschlüssigen Verbindung mit Gehäuseteilen, insbesondere auch zum Abführen von einem Anteil der Wärme an die Umgebung über diese Gehäuseteile. Von Vorteil ist dabei, dass das Gerät als Teil eines Baukastens für Antriebssysteme ausführbar ist.
Wichtige Merkmale bei der Erfindung einer Baureihe sind, dass Varianten vorgesehen sind, wobei die Varianten der Baureihe jeweils ein elektrisches Gerät, insbesondere nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassen, wobei
in einer ersten Variante der Baureihe das elektrische Gerät mit einem Luftkühler vorgesehen ist,
und in einer zweiten Variante der Baureihe das elektrische Gerät mit einem
Flüssigkeitskühler betreibbar ist, der an dem Luftkühler anmontiert ist.
Von Vorteil ist dabei, dass wahlweise der Wasserkühler zur Erhöhung der Leistungsdichte des Gerätes anmontierbar ist oder nicht. Somit sind mit einem einzigen kleinen Zusatzteil, nämlich dem Wasserkühler, zwei Varianten der Baureihe mit verschiedener Leistung herstellbar. Insgesamt sind aber drei Betriebsarten ermöglicht. In einer ersten wird nur der Luftkühler betrieben, in einer zweiten wird nur der an den Luftkühler anmontierte
Wasserkühler betrieben, wobei die Wärme über den Kühlkörper des Luftkühlers zum Wasserkühler strömt, und in einer dritten Betriebsart werden beide Kühler betrieben zur Erhöhung der Kühlleistung oder insbesondere um die das Gerät umgebende Luft
abzukühlen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist je nach geforderter Leistungsdichte das Gerät mit zur Luftkühlung zusätzlicher Wasserkühlung ausstattbar, wobei der Luftkühler eine mechanische Schnittstelle zum lösbaren Verbinden mit einem Wasserkühler aufweist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist in einer Variante der ersten und zweiten Variante jeweils ein Lüfter an den Luftkühler montierbar. Somit ist die Variantenvielfalt weiter vergrößert hinsichtlich der erreichbaren Kühlleistungsklassen.
Wichtige Merkmale bei der Erfindung einer Vorrichtung sind, dass Gehäuseteile einen Raumbereich umschließen, innerhalb dessen Wärme erzeugende elektrische Geräte angeordnet sind, wobei ein Teil der Wärme an die vom Raumbereich umschlossene Luft abgebbar ist, wobei mindestens eines der elektrischen Geräte einen Wasserkühler umfasst, der wärmeleitend mit Kühlrippen der Kühlvorrichtung des elektrischen Geräts, insbesondere eines Luftkühlers des elektrischen Geräts, lösbar verbindbar ist, insbesondere direkt oder indirekt über eine mit den Kühlrippen oder Kühlfingern verbundene Bodenplatte. Somit ist ein Wasserkühler zur indirekten Kühlung über die Luft des Raumbereichs nutzbar.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Vorrichtung ein Schaltschrank. Von Vorteil ist dabei, dass die kombinierte Kühlvorrichtung aus Luftkühler und Wasserkühler zusätzlich zur Kühlung des Schaltschrankinneren verwendbar ist. Wichtige Merkmale der Erfindung eines Verfahren zur Kühlung eines Umrichters sind, dass der Umrichter zumindest einen Flüssigkeitskühler und einen Luftkühler und
Leistungshalbleiter umfasst, wobei Wärme von den Leistungsbauelementen durch den Kühlkörper des Luftkühlers hindurchgeleitet wird zum Flüssigkeitskühler. Von Vorteil ist dabei, dass ein neuartiges Kühlverfahren für einen Umrichter beschrieben ist, wobei einerseits die Kühlung des Umrichters bei geringer Leistungsentwicklung über einen
Luftkühler erfolgt und andererseits eine Möglichkeit zur Zuschaltung eines Wasserkühlers vorgesehen ist, die die Luftkühlung nicht beeinträchtigt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird Kühlflüssigkeit Wasser verwendet. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige Kühlflüssigkeit verwendbar ist. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Leistungshalbleiter auf, in oder an einer Grundplatte verbunden, die einstückig ausgeführt ist mit Kühlrippen oder Kühlfingern des Kühlkörpers, wobei Wärme sich zwischen Grundplatte und Kühlrippen oder Kühlrippen ohne Wärmeübergang ausbreitet. Von Vorteil ist dabei, dass die Kühlleistung des Luftkühlers nicht durch vermeidbare Materialgrenzen vermindert wird.
Wichtige Merkmale der Erfindung einer Verwendung eines Luftkühlers sind, dass der Luftkühler eingesetzt wird als Wärmebrücke zwischen Wärme erzeugenden Komponenten und einem Flüssigkeitskühler, insbesondere wobei zwischen Luftkühler und
Flüssigkeitskühler eine mechanische Schnittstelle zur lösbare Verbindung vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Luftkühler mit einer zweiten Funktion beaufschlagbar ist, nämlich dem thermischen Anbinden eines Wasserkühlers bei Bedarf. Wichtige Merkmale der Erfindung einer Verwendung eines Luftkühlers sind, dass ein Gerät vorgesehen ist, insbesondere ein Umrichter, das einen Flüssigkeitskühler und Wärme erzeugende Komponenten, insbesondere Leistungshalbleiter, umfasst, wobei der Luftkühler Wärme hindurchleitet von den Wärme erzeugenden Komponenten, insbesondere
Leistungsbauelementen, zum Flüssigkeitskühler. Von Vorteil ist dabei, dass Wärme von einem Umrichter je nach Leistungsentwicklung abführbar ist über einen Luftkühler oder einen Wasserkühler, wobei der Wechsel zwischen den Kühlverfahren durch einen einfachen Montageschritt vollziehbar ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung leitet der Luftkühler einen wesentlichen Anteil, insbesondere 90% oder mehr, oder den Gesamtteil der von den Wärme erzeugenden Komponenten aufgenommenen Wärme hindurch an den Flüssigkeitskühler. Von Vorteil ist dabei, dass der Wasserkühler eine effiziente Kühlung des Geräts bewirkt. Zusätzlich ist eine Erwärmung der Umgebungsluft, insbesondere bei einer Montage im Schaltschrank, vermeidbar.
Wichtige Merkmale der Erfindung einer Verwendung eines Flüssigkeitskühlers sind, dass der Flüssigkeitskühler an einem Luftkühler eines Geräts vorgesehen wird zur Erhöhung der Kühlleistung, insbesondere derart, dass der Luftkühler einen wesentlichen Anteil oder den Gesamtteil der von den Wärme erzeugenden Komponenten aufgenommenen Wärme hindurchleitet an den Flüssigkeitskühler. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des elektrischen Geräts sind die Wärme erzeugenden Komponenten Leistungsmodule und/oder Leistungshalbleiter. Von Vorteil ist dabei, dass Leistungselektronik vorsehbar ist, insbesondere auch, um große Leistungen zu steuern, wie Elektromotoren mit mehreren kW. Alternativ sind die Komponenten Bremswiderstände oder sie sind in Frequenzumformern oder unterbrechungsfreien Stromversorgungen eingesetzt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist also ein Elektrogerät, welches zumindest
Leistungsbauelemente umfasst, die gekühlt werden über einen Kühlkörper. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen
Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Bezugszeichenliste
1 Zuleitung
5 2 Rückleitung
3, 34 Wasserkühler
4 Bodenplatte
5, 32 Kühlrippen
6, 31 Grundplatte
10 7 Leistungsmodul
1 1 , 36 Anschlussteil
12, 37 Abschlussteil
13, 38 Kühlerplatte
20 Lüfter
15 33 Verbindungsmittel zur formschlüssigen Verbindung mit Gehäuseteilen 35 Ausfräsung
41 Kontaktfläche
42 Bohrung
43 Kühlmittelkanal
20 50, 60 Kühlerplatte
51 , 61 Nut
52 Bohrung
53, 63 Anschlussstutzen
54, 64 Erhebung
25 55 Dichtung
56 Bohrung
57, 67 Nutgrund
68 Oberfläche
69 Durchlass
30 Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
Es zeigt:
- Figur 1 ein elektrisches Gerät mit Luftkühler und montiertem Wasserkühler,
- Figur 2 das elektrische Gerät aus Figur 1 mit zusätzlich montiertem Lüfter,
Figur 3 ein weiteres elektrisches Gerät mit Luftkühler und montiertem Wasserkühler, Figur 4a die mechanische Schnittstelle zur Montage des Wasserkühlers bei dem Gerät nach Figur 1 ,
- Figur 4b eine Schnittansicht durch das Gerät nach Figur 1 ,
- Figur 5 eine Prinzipskizze eines Wasserkühlers zur Montage an der mechanischen
Schnittstelle des Luftkühlers,
Figur 6a eine Schrägansicht eines weiteren Wasserkühlers zur Montage an der mechanischen Schnittstelle des Luftkühlers,
Figur 6b eine Draufsicht auf die der mechanischen Schnittstelle im montierten
Zustand zugewandten Seite des Wasserkühlers nach Figur 6a,
Figur 6c eine Schnittansicht durch den Wasserkühler nach Figur 6a.
In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Teilen gezeichnet. Es handelt sich um ein luftkühlbar betreibbares Elektrogerät. Im Elektrogerät sind
Wärmequellen, wie beispielsweise elektronische Leistungshalbleiter umfassende
Leistungsmodule 7 oder Leistungshalbleiter, deren Wärme an eine Kühlvorrichtung abgeführt wird. Diese umfasst einen Kühlkörper mit Kühlrippen 5. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sind die Kühlrippen 5 zwischen einer Grundplatte 6 und einer Bodenplatte 4 angeordnet.
Der Kühlkörper ist als Strangpressprofil herstellbar, insbesondere aus Aluminium. Somit ist er kostengünstig herstellbar und die Luft kann in Ziehrichtung entlang der Rippen strömen und die Wärme somit aufnehmen.
Insbesondere sind die Kühlrippen 5 als filamentförmige Stranggussprofile ausgebildet, deren obere und untere Seitenbereiche jeweils verdickt ausgeformt sind und die untereinander verpresst und/oder verschweißt werden zur Bildung der Grundplatte 6 aus den oberen Seitenbereichen und der Bodenplatte 4 aus den unteren Seitenbereichen.
Die Bodenplatte 4 ist derart ausgeführt, dass eine mechanische Schnittstelle geschaffen ist zur Montage auf einem Wasserkühler 3, der eine Kühlerplatte 13, ein Anschlussteil 11 und ein Abschlussteil 12 besteht. Die Zuleitung 1 und die Rückleitung 2 für das Wasser sind, wie in Figur 1 sichtbar, am Anschlussteil 11 angebracht.
Somit ist das Gerät in einer ersten kostengünstigeren Betriebsart in nur luftgekühlter Weise einsatzfähig und in einer zweiten aufwendigeren Betriebsart in wassergekühlter Weise betriebsfähig.
In der ersten Betriebsart wird das Gerät mittels seiner Bodenplatte an eine Wand, beispielsweise Schaltschrank-Innenwand oder Maschinenwand, anmontiert, mit Luft gekühlt und hat nur eine erste maximal zulässige Leistung.
In der zweiten Betriebsart wird das gleiche Gerät mittels seiner Bodenplatte an den
Wasserkühler 3, also die Kühlerplatte 13, anmontiert und mit dessen Unterseite dann an eine Wand, beispielsweise Schaltschrank-Innenwand oder Maschinenwand, anmontiert und hat nur eine zweite maximal zulässige Leistung, die weit größer ist als die erste Leistung, wenn die Wasserkühlung und die Luftkühlung gleichzeitig betrieben wird. Wenn nur die
Wasserkühlung betrieben wird, fließt die Wärme von den Wärme erzeugenden
Komponenten durch den Kühlkörper zur Luftkühlung hindurch zum Wasserkühler hin und wird dann mit dem diesen durchströmenden Wasser abgeführt.
Somit kann dieselbe Elektronik und dasselbe Gehäuse des Gerätes verwendet werden für zwei verschiedene Leistungsklassen, wobei in der höheren Leistungsklasse nur ein zusätzlicher Wasserkühler vorgesehen werden muss. Weiter wesentlich ist aber auch , dass bei bloßer Wasserkühlung zwar keine höhere Leistungsklasse erreichbar ist, aber die Wärme nicht an die das Gerät direkt umgebende Luft abgeführt wird sondern über den
Wasserkühler.
Mit der Erfindung ist es also ermöglicht, ein luftkühlbares Gerät statt über Luft auch mit Wasser zu kühlen, indem ein Wasserkühler anmontierbar ist. Wichtig ist dabei, dass in dem Fall des anmontierten Wasserkühlers die Wärme durch den Kühlkörper des Luftkühlers hindurchfließt zum Wasserkühler.
Wichtig ist auch, dass an der Berührfläche zwischen Wasserkühler und Bodenplatte des Kühlkörpers, also Luftkühlers, eine mechanische Schnittstelle vorgesehen ist, also die beiden Teile miteinander verbindbar sind.
Figur 4a zeigt das luftkühlbare Gerät aus Figur 1 , wobei der Wasserkühler abmontiert wurde. Leistungsmodule 7 sind auf einer Grundplatte 6 montiert. An der Verbindungsfläche zwischen Leistungsmodulen 7 und Grundplatte 6 ist Wärmeleitpaste aufgebracht.
Die Grundplatte 6 mündet in Kühlrippen 5. Somit ist ein Luftkühler für die Leistungsmodule 7 ausgebildet. Zwischen den Kühlrippen 5 und den Leistungsmodulen 7 ist somit für jedes Leistungsmodul 5 ein Wärme-Weg, also eine Wärmebrücke, für die abfließende Wärme gebildet, der nur eine Stoffgrenze - die Verbindungsfläche zwischen dem Leistungsmodul 7 und der Grundplatte 6 - überquert. Somit ist ein Luftkühler mit hoher Kühlleistung
bereitgestellt.
Die von der Grundplatte 6 abgewandten Enden der Kühlrippen 5 sind jeweils mit einer Bodenplatte 4 einstückig verbunden.
Die von den Kühlrippen 5 abgewandte Seite der Bodenplatte 4 weist eine plane
Kontaktfläche 41 auf. Die Kontaktfläche 41 ist derart bearbeitet, dass eine Montage eines Wasserkühlers ermöglicht ist, wobei der Wärmeübergangswiderstand zwischen
Kontaktfläche 41 und Wasserkühler gering ist. Insbesondere ist die Kontaktfläche besonders plan und die Oberflächengüte wie durch Schleifen mit besonderer Sorgfalt oder besser erreichbar.
Die Bodenplatte 4 weist Bohrungen 42 auf, in die zur Montage eines Wasserkühlers
Schrauben geschraubt werden. Der verwendete Wasserkühler weist eine zur Kontaktfläche 41 passend ausgebildete Kontaktfläche auf. Somit ist an dem Übergang zwischen den Kontaktflächen ein geringer Wärmeübergangswiderstand erreicht. Dieser
Wärmeübergangswiderstand ist durch den Einsatz von Wärmeleitpaste zwischen den Kontaktflächen nochmals reduziert. Figur 4b zeigt den Luftkühler aus Figur 4a mit anmontiertem dreistückig ausgeführtem Wasserkühler 3. Dieser Wasserkühler 3 umfasst eine Kühlerplatte, in der parallel verlaufende Kühlmittelkanäle 43 vorgesehen sind zur Durchleitung einer Kühlflüssigkeit. Diese Kühlmittelkanäle 43 sind über ein Anschlussteil 11 und ein Abschlussteil 13 an ihren jeweiligen Enden paarweise miteinander verbunden zur Bildung eines mäanderförmig verlaufenden Kühlmittelkanals. Dazu sind im Anschlussteil 11 und im Abschlussteil 13 entsprechende Ausnehmungen vorgesehen. Der Wasserkühler 3 ist somit betreibbar, indem der Kühlmittelkanal an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die parallel in der Kühlerplatte verlaufenden Kühlmittelkanäle über an den Mündungsseiten der Kühlmittelkanäle angebrachte
Anschlussteile derart verbunden, dass eine Parallelschaltung der Kühlmittelkanäle entsteht. An einem Anschlussteil ist in dieser Ausführung eine Zuleitung vom Kühlmittelkreislauf vorgesehen, während an dem anderen Anschlussteil eine Rückleitung zum
Kühlmittelkreislauf vorgesehen ist.
Anschlussteile und gegebenenfalls Abschlussteile sind mit der Kühlerplatte stoffschlüssig verbunden und/oder durch ein Schienensystem und/oder ein Nutensystem formschlüssig gehalten. In alternativen sind lösbare Verbindungen der drei Teile des Wasserkühlers vorgesehen.
In einer Weiterbildung sind die Bohrungen 42 zusätzlich von der den Kühlrippen 5
zugewandten Seite zugänglich. Somit sind die Bohrungen 42 zur Montage des Luftkühlers an einer Wand einsetzbar, beispielsweise durch Verwendung von Schrauben, deren
Gewindedurchmesser kleiner als die lichte Weite der Bohrungen 42 ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Bodenplatte nicht eben ausgeführt, sondern sie weist eine andere geometrische Form auf, die einen gut wärmeleitenden Kontakt zu den Wärme erzeugenden Komponenten bewirkt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Anschlussstutzen nicht seitlich der
Kühlerplatte sondern an deren Rückseite angebracht. Alternativ sind die Anschlussstutzen an verschiedenen Seiten der Kühlerplatte angebracht. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Anschlussstutzen als Gewindebohrlöcher ausgeführt, in welche Kühlleitungen zum Anschluss an eine Kühlmittelanlage einschraubbar sind. Figur 6a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wasserkühlers, der mit einer Bodenplatte 4 eines Luftkühlers verbindbar ist. Eine Kühlerplatte 60 weist eine Nut 61 auf, die in Anschlussstutzen 63 zum Anschluss eines Kühlkreislaufs münden. Die Kühlerplatte 60 weist weiter eine plane, geschliffene Oberfläche 68 auf, die eine
mechanische Schnittstelle zur Bodenplatte 4 des Luftkühlers ausbildet. Diese mechanische Schnittstelle wird zur Montage des Wasserkühlers an die ebenfalls plan ausgebildete Fläche der Bodenplatte 4 mittels Schrauben angepresst. Dabei sind die Schrauben in regelmäßigen Abständen, vorzugsweise einem Abstand zwischen 2 cm und ungefähr 15 cm zur Erzeugung eines gleichmäßigen Anpressdruckes und einer sicheren Abdichtung, angeordnet. Dadurch wird die Nut 61 verschlossen, und es ist ein geschlossener Kühlmittelkanal gebildet, der die Anschlussstutzen 63 verbindet und insbesondere zur Durchleitung von Kühlmittelflüssigkeit geeignet sind.
Größere Abstände der Schrauben sind je nach Materialbeschaffenheit der Kühlerplatte, insbesondere je nach Elastizität, bei alternativen Weiterbildungen vorgesehen.
Figur 6b zeigt den Wasserkühler in Draufsicht auf die geschliffene Oberfläche 68 und den Nutgrund 67 mit den Erhebungen 64.
Figur 6c zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A aus Figur 6b. Der gezeigte Abschnitt der Nut 61 ist über einen Durchlass 69 mit dem benachbarten Abschnitt der Nut 61 verbunden, so dass eine mäanderförmig verlaufende Nut 61 gebildet ist, wie sie die Figuren 6a und 6b zeigen. Die Erhebungen 64 sind in regelmäßigen Abständen angeordnet und weisen eine Höhe auf, die geringer als die halbe Tiefe der Nut 61 ist. Die Abstände der Erhebungen 64 voneinander sind größer gewählt als die Längsausdehnung, also die Ausdehnung in Nutrichtung, der Erhebungen 64.
In einer alternativen Ausbildung sind die Erhebungen in unregelmäßigen Anordnungen angeordnet und/oder weisen eine unregelmäßige Verteilung der einzelnen
Längsausdehungen auf. In einer Weiterbildung weist die Bodenplatte zusätzlich Zentriermittel wie Nuten, Nasen und/oder Stufen auf, und der Wasserkühler weist dazu passend ausgebildete Zentriermittel auf. Somit ist eine leichte Montage in definierter Relativposition von Wasserkühler und Luftkühler ermöglicht. Vorzugsweise sind die Zentriermittel derart ausgeführt, dass eine Belastung der Schrauben zur Verbindung des Wasserkühlers mit dem Luftkühler auf
Scherung vermieden wird. In einer Alternative oder Weiterbildung weist die Kühlerplatte des Wasserkühlers derartige Zentriermittel auf, und die Bodenplatte des Luftkühlers ist zu diesen entsprechend ausgebildet. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Wasserkühler mittels einer
Spannvorrichtung an der Bodenplatte des Luftkühlers montierbar. Die Spannvorrichtung umfasst insbesondere Bügel, Hebel und Haken, wobei zum Spannen die Bügel in Haken eingelegt werden und durch Umlegen eines jeweils mit einem der Bügel verbundenen Hebels der Wasserkühler an die Bodenplatte 4 angepresst wird. Somit ist eine schnelle
Montagemöglichkeit bereitgestellt.
Andere Befestigungsmittel, beispielsweise Klemmbügel oder Einrastmechanismen, zur Befestigung der Kühlerplatte an der Bodenplatte sind bei Weiterbildungen vorgesehen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird der Wasserkühler mit einer Seite in eine nutförmige Ausnehmung der Bodenplatte eingesetzt und mit der anderen Seite an der Bodenplatte lösbar befestigt, beispielsweise über eine Spannvorrichtung der beschriebenen Art oder über eine Schraubverbindung. In weiteren Ausführungsbeispielen ist die mechanische Schnittstelle zwischen Bodenplatte und Kühlerplatte nicht als Ebene ausgebildet, sondern es ist eine andere geometrische Form vorgesehen, mit der ein gut wärmeleitender Kontakt zwischen Bodenplatte und Kühlerplatte bewirkt ist. Beispielsweise verläuft die mechanische Schnittstelle entlang eines Abschnitts einer gedanklichen Kugelschale.
Figur 5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Wasserkühlers. Dargestellt ist eine Prinzipskizze der Draufsicht auf die Fläche des Wasserkühlers, die zur Verbindung mit der Bodenplatte des Luftkühlers bestimmt ist. Der Wasserkühler umfasst eine Kühlerplatte 50, in der eine Nut 51 mäanderförmig ausgebildet sind. Diese Nut 51 mündet an ihren Enden in Bohrungen 52, die ihrerseits in Anschlussstutzen 53 enden. Ein Kühlkreislauf ist über die Anschlussstutzen 53 mit dem Wasserkühler verbindbar.
Wird die Kühlerplatte 50 mit ihrer Nutseite an der Bodenplatte 4 des Luftkühlers befestigt, so ist mit der nun verschlossenen Nut 51 ein geschlossener Kanal gebildet, der die
Anschlussstutzen 53 verbindet. Somit ist der Wasserkühler in montierter Position
betriebsbereit und kann über die Anschlussstutzen mit Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, beschickt werden.
Durch die unvollständige Ausbildung des Kühlmittelskanals im Wasserkühler sind die Fertigungskosten für den Wasserkühler reduzierbar. Bohrungen 56 in der Kühlerplatte 50 nehmen Schrauben auf, über die der Wasserkühler mit der Bodenplatte 4 des Luftkühlers verbindbar ist.
Die Kühlerplatte 50 weist Dichtungsmittel in Form einer umlaufenden Dichtung 55 auf. Diese Dichtung 55 ist in einer Weiterbildung in eine nichtgezeigte Nut eingelegt oder als Loctite- Klebestreifen ausgeführt. Vorteil der Verwendung einer Nut ist, dass ein eingelegter O-Ring beim Montieren des Wasserkühlers in definierter Weise verquetscht wird. Somit ist der O- Ring vor unsachgemäßer Benutzung und daraus folgender Zerstörung geschützt, und es ist ein sichere, robuste Dichtung bereitgestellt. Der Wasserkühler, insbesondere die Kühlerplatte, ist vorzugsweise im
Aluminiumgussverfahren hergestellt.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist der Wasserkühler aus Kupfer hergestellt. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Nutgrund 57 der Nut 51 Erhebungen 54 auf. Diese Erhebungen 54 bewirken eine Verwirbelung des vorbeiströmenden Kühlmittels und somit eine erhöhte Kühlleistung. Bei einer Weiterbildung weist die Bodenplatte Erhebungen auf, die in die nutförmigen Ausnehmungen der Kühlerplatte passen und diese teilweise ausfüllen. Somit sind die Ausnehmungen dicht verschlossen, und es ist ein Kühlmittelkanal gebildet. Die Erhebungen der Bodenplatte bewirken zusätzlich eine Zentrierhilfe beim Aufsetzen der Kühlerplatte auf die Bodenplatte und entlasten in montiertem Zustand die Befestigungsmittel. Die
geometrische Ausformung der Erhebungen ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass durch die Anpressung der Kühlerplatte an die Bodenplatte ein dichtender Abschluss der
Kühlmittelkanäle bewirkt ist. In dem alternativen Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist wiederum ein Wasserkühler 34 vorgesehen, der an der Grundplatte 31 selbst anmontierbar ist. Diese ist dazu derart T- förmig ausgeführt, dass der Wasserkühler seitlich anbringbar ist. Die Grundplatte 31 umfasst dabei nicht nur die Kühlrippen 32 sondern auch Verbindungsmittel 33 zur formschlüssigen Verbindung mit Gehäuseteilen, also eine weitere mechanische Schnittstelle. Wärme erzeugende Komponenten, insbesondere Leistungshalbleiter, sind an der Rückseite der Grundplatte 31 angebracht. Werden metallische Gehäuseteile eingesetzt, kann ein weiterer Teil der Wärme auch über diese in die Umgebung abfließen. Die Grundplatte ist selbst auch zumindest teilweise gehäusebildend. Der Wasserkühler ist dreiteilig ausgeführt, wobei im Inneren einer Kühlerplatte 38
Kühlmittelkanäle vorgesehen sind, und an den Stirnseiten ein Anschlussteil 36 und ein Abschlussteil 37 angebracht ist. Das Anschlussteil 36 verbindet die Kühlmittelkanäle untereinander und mit einer Zuleitung 1 und einer Rückleitung 2 eines Kühlmittelkreislaufs. Das Abschlussteil 37 verbindet die Kühlmittelkanäle untereinander. Kühlerplatte 38,
Abschlussteil 37 und Anschlussteil 36 sind miteinander stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen oder Kleben, verbunden.
Eine Ausfräsung 35 ist zur Aufnahme eines Lüfters vorgesehen. Somit ist eine weitere Variante bildbar, bei der die Kühlleistung des Luftkühlers mittels Lüfter gesteigert ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Wasserkühler einstückig ausgeführt.
In einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das Gerät ein Umrichter für industrielle Anwendungen. Er versorgt einen Elektromotor und steuert diesen. Hierzu weist der Umrichter Signalelektronik auf, die mit einer Wärmesperre zur Leistungselektronik ausgeführt ist. Die Wärmesperre kann einerseits durch ein Wärme schlechter als Metall leitendes Material sein und/oder durch entsprechend vorgesehene Luftbewegung, also ein Trennen der die Leistungselektronik und der die Signalelektronik berührenden
Luftströmungen.
In einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das Gerät zur Einspeisung eines mittelfrequenten Stromes in eine Primärleitersystem, an dem bewegbar angeordnete Verbraucher vorgesehen sind, die aus an das Primärleitersystem induktiv angekoppelten Sekundärspulen versorgbar sind.
In einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das Gerät ein
Sanftanlaufgerät oder ein Motorstromschaltendes Gerät oder eine Steuerung mit
Leistungsstufe. Alternativ ist das Gerät ein Elektrogerät, wie beispielsweise eine
unterbrechungsfreie Stromversorgung, also Notstromaggregat oder dergleichen, oder Frequenzumformer oder Wechselrichter.
In einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird das Gerät in einem Schaltschrank oder einem anderen luftabgeschlossenen Raumbereich vorgesehen. Hierbei übernimmt der Kühlkörper mit Kühlrippen 5 eine weitere Funktion, nämlich die Kühlung der das Gerät umgebenden Luft, beispielsweise also die Innenluft im Schaltschrank. Somit sind auch weitere elektronische Geräte, die im Schaltschrank vorgesehen sind, kühlbar mittels der über die Kühlrippen an den Wasserkühler abführbaren Wärme.
Wie in Figur 2 gezeigt, ist in einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ein elektromotorisch angetriebener Lüfter 20 derart vorgesehen, dass die Luftströmung entlang der Kühlrippen aktiv antreibbar und/oder steuerbar ist. Somit ist in der ersten Betriebsart eine höhere maximal zulässige Leistung erreichbar, da die Luft nicht nur konvektiv angetrieben strömt sondern viel mehr Luftmenge pro Zeit hindurchströmt durch den Luftkühler. In der zweiten Betriebsart ist ebenfalls eine etwas höhere Leistung erreichbar. Alternativ ist aber die Umgebungsluft des Gerätes mit abkühlbar, also sind auch andere Geräte kühlbar.
Der Lüfter 20 nach Figur 2 ist mit zwei weiteren Lüftern in einem Lüftermodul angeordnet, das kraft- und /oder formschlüssig verbindbar ist mit dem Kühler, insbesondere den Rippen 5 des Kühlers. In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Wärme der Signalelektronik des Gerätes abführbar an die Umgebung. Dies kann direkt oder indirekt über einen Kühlkörper erfolgen. Somit ist, wenn das Gerät in einem Schaltschrank oder geschlossenen Raumbereich montiert ist, die Signalelektronik wiederum über die
umgebende Luft und diese wiederum über die Kühlrippen des Luftkühlers des Geräts kühlbar, da dieser vom Wasserkühler gekühlt ist.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der Wasserkühler
mechanisch elastischer ausgeführt also der die Kühlrippen 5 umfassende Luftkühler.
Außerdem sind die Mittel zur lösbaren Verbindung des Wasserkühlers mit dem Luftkühler derart ausgeführt, dass die Platte 3 eben an die Bodenplatte 4 beim Verbinden angelegt wird. Zwischen den beiden Platten kann Wärmeleitpaste oder -folie vorgesehen sein. Die Mittel umfassen Verbindungsschrauben, die durch den Luftkühler geführt sind und am
Wasserkühler anschraubbar sind. Alternativ sind als Verbindungsmittel Spannmittel vorgesehen, die derart angeordnet sind, dass die elastischere Platte 3 an die bodenplatte 4 angedrückt wird, wobei ein möglichst gleichmäßiges Anliegen erreicht wird. In Weiterbildung umfassen die Spannmittel Spannhaken oder andere Spannelemente
In einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der Kühlkörper im Unterschied zu Figur 1 aus einem Kupfer-Walzprofil hergestellt.
Die Merkmale des Kühlsystems nach der anhängigen Patentanmeldung DE 10 2006 020 801 sind vorteilhaft mit den Merkmalen der hier vorgestellten Kühlvorrichtung aus Luftkühler und Wasserkühler kombinierbar. Hierzu wird auf diese DE 10 2006 020 801 verwiesen, deren diesbezügliche Offenbarung in den Inhalt der vorliegenden Beschreibung, insbesondere als Ausführungsbeispiele und Weiterbildung des hier beschriebenen Kühlsystems aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche:
1. Elektrisches Gerät, umfassend Wärme erzeugende elektrische Komponenten, insbesondere Leistungshalbleiter, und eine Kühlvorrichtung zur Abfuhr dieser Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung aus einem Luftkühler gebildet ist, an dem ein Flüssigkeitskühler anmontiert ist, wobei der Luftkühler zwischen dem Flüssigkeitskühler und den Wärme erzeugenden elektrischen Komponenten vorgesehen ist.
2. Gerät nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass wobei der Lüftkühler einen Kühlkörper umfasst, der Rippen und/oder Finger aufweist zur Wärmeabgabe an vorbeiströmende Luft, und die Wärme erzeugenden elektrischen Komponenten auf, in oder an einer Grundplatte verbunden sind, insbesondere wärmeleitend, wobei die Grundplatte mit dem Kühlkörper einstückig ausgebildet ist, und der Kühlkörper eine mechanische Schnittstelle zum lösbaren Verbinden mit einem Flüssigkeitskühler aufweist.
3. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mechanische Schnittstelle eine Bodenplatte umfasst zur Montage des
Flüssigkeitskühlers.
4. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Bodenplatte eine Wasserkühler montiert ist.
5. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wasserkühler eine Kühlerplatte umfasst, in der parallel verlaufende Kühlmittelkanäle ausgebildet sind, die vorzugsweise durch Anschlussteile und/oder Abschlussteile zu einem
Kühlmittelkanalsystem verbunden sind,
insbesondere wobei die Kühlmittelkanäle als Bohrung und/oder als Nut ausgebildet sind.
6. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wasserkühler eine Kühlerplatte umfasst, in der Ausnehmungen zur Aufnahme und/oder Durchleitung einer Kühlflüssigkeit ausgebildet sind,
wobei die Bodenplatte des Luftkühlers zumindest teilweise gehäusebildend für die
Ausnehmungen ist.
7. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausnehmungen der Kühlerplatte als mäanderförmige Nut ausgebildet sind,
die in seitlich oder in der Rückwand der Kühlerplatte angebrachte Anschlussvorrichtungen, insbesondere Anschlussstutzen, zum Anschluss an eine Kühlmittelanlage münden.
8. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bodenplatte Erhebungen aufweist, die zu den Ausnehmungen der Kühlerplatte passend ausgebildet sind, insbesondere zum dichtenden Abschluss der Ausnehmungen und/oder als Zentrierhilfe.
9. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bodenplatte über die Kühlrippen und/oder Kühlfinger von der Grundplatte beabstandet ausgebildet ist.
10. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Grundplatte des Kühlkörpers einerseits Kühlrippen und/oder Kühlfinger ausgebildet sind und andererseits eine Bodenplatte zum Herstellen einer Verbindung mit der Bodenplatte vorgesehen ist, insbesondere wobei Bodenplatte und Grundplatte einstückig ausgebildet sind.
11. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Grundplatte mit den Kühlrippen oder mit Kühlfingern einstückig ausgebildet ist.
12. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen Wasserkühler und Kühlkörper Wärmeleitpaste oder Wärmeleitfolie vorgesehen ist.
13. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mechanische Schnittstelle und die Mittel zum Verbinden derart ausgeführt sind, dass Wasserkühler und Kühlkörper an der Berührfläche im Wesentlichen eben anliegend verbindbar sind.
14. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittel zum Verbinden Spannelemente umfassen.
15. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlkörper und/oder die Kühlerplatte als Strangpressprofil oder Druckguss fertigbar ist.
16. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlkörper Kühlrippen zwischen einer Grundplatte und einer Bodenplatte umfasst, welche zur Verbindung mimt dem Wasserkühler vorgesehen ist.
17. Gerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlkörper Kühlrippen auf einer Grundplatte umfasst, an der eine Bodenplatte angebracht oder einstückig ausgeformt ist, welche zur Verbindung mit dem Wasserkühler vorgesehen ist
18. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Lüfter zum Erzeugen von Luftströmung entlang der Rippen des Kühlkörpers vorgesehen ist.
19. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gerät in einem geschlossenen Raumbereich vorgesehen ist, so dass Wärme aus der Luft des Raumbereiches zusammen mit der Wärme der Komponenten über die Rippen und den Wasserkühler abführbar ist.
20. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Raumbereich weitere Geräte angeordnet sind, die an die Luft des Raumbereiches Wärme abgebende Komponenten aufweisen.
21. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gerät Signalelektronik umfasst, die derart ausgeführt ist, dass Wärme von der
Signalelektronik an den umgebenden Raumbereich abgebbar ist.
22. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gerät ein Umrichter ist, der Signalelektronik und Leistungselektronik zur Versorgung eines Elektromotors umfasst.
23. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gerät eine Steuerung, ein Umrichter, ein Sanftanlaufgerät, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, ein Notstromaggregat oder ein Frequenzumformer, ein Motorstarter ist, oder eine Motorströme schaltende oder beeinflussende Elektronik aufweist, wobei das Gerät Signalelektronik und Leistungselektronik umfasst.
24. Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Grundplatte zusätzlich Verbindungsmittel zur formschlüssigen Verbindung mit
Gehäuseteilen umfasst, insbesondere auch zum Abführen von einem Anteil der Wärme an die Umgebung über diese Gehäuseteile.
25. Baureihe von elektrischen Geräten,
wobei die Varianten der Baureihe jeweils ein elektrisches Gerät, insbesondere nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Variante der Baureihe das elektrische Gerät mit einem Luftkühler vorgesehen ist, - und in einer zweiten Variante der Baureihe das elektrische Gerät mit einem
Flüssigkeitskühler betreibbar ist, der an dem Luftkühler anmontiert ist.
26. Baureihe von Geräten nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je nach geforderter Leistungsdichte das Gerät mit zur Luftkühlung zusätzlicher
5 Wasserkühlung ausstattbar ist, wobei der Luftkühler eine mechanische Schnittstelle zum lösbaren Verbinden mit einem Wasserkühler aufweist.
10 27. Baureihe von Geräten nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einer Variante der ersten und zweiten Variante jeweils ein Lüfter an den Luftkühler montierbar ist.
15
28. Vorrichtung mit Gehäuseteilen, die einen Raumbereich umschließen,
innerhalb dessen Wärme erzeugende elektrische Geräte angeordnet sind,
20 wobei ein Teil der Wärme an die vom Raumbereich umschlossene Luft abgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der elektrischen Geräte einen Wasserkühler umfasst, der wärmeleitend mit 25 Kühlrippen der Kühlvorrichtung des elektrischen Geräts, insbesondere eines Luftkühlers des elektrischen Geräts, lösbar verbindbar ist, insbesondere direkt oder indirekt über eine mit den Kühlrippen oder Kühlfingern verbundene Bodenplatte.
30 29. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung ein Schaltschrank ist.
30. Verfahren zur Kühlung eines Umrichters, wobei der Umrichter zumindest einen Flüssigkeitskühler und einen Luftkühler und Leistungshalbleiter umfasst, und wobei Wärme von den Leistungsbauelementen durch den Kühlkörper des Luftkühlers hindurchgeleitet wird zum Flüssigkeitskühler.
31. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Kühlflüssigkeit Wasser verwendet wird.
32. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leistungshalbleiter auf, in oder an einer Grundplatte verbunden sind, die einstückig ausgeführt ist mit Kühlrippen oder Kühlfingern des Kühlkörpers, wobei Wärme sich zwischen Grundplatte und Kühlrippen oder Kühlrippen ohne
Wärmeübergang ausbreitet.
33. Verwendung eines Luftkühlers als Wärmebrücke zwischen Wärme erzeugenden Komponenten und einem Flüssigkeitskühler,
insbesondere wobei zwischen Luftkühler und Flüssigkeitskühler eine mechanische Schnittstelle zur lösbare Verbindung vorgesehen ist.
34. Verwendung eines Luftkühlers an einem Gerät, insbesondere Umrichter, wobei das Gerät, insbesondere der Umrichter, einen Flüssigkeitskühler und Wärme erzeugende Komponenten, insbesondere Leistungshalbleiter, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkühler Wärme hindurchleitet von den Wärme erzeugenden Komponenten, insbesondere Leistungsbauelementen, zum Flüssigkeitskühler.
35. Verwendung eines Luftkühlers nach dem vorangegangenen Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Luftkühler einen wesentlichen Anteil oder den Gesamtteil der von den Wärme erzeugenden Komponenten aufgenommenen Wärme hindurchleitet an den
Flüssigkeitskühler.
36. Verwendung eines Flüssigkeitskühlers
dadurch gekennzeichnet, dass
der Flüssigkeitskühler an einem Luftkühler eines Geräts vorgesehen wird zur Erhöhung der
Kühlleistung, insbesondere derart, dass der Luftkühler einen wesentlichen Anteil oder den Gesamtteil der von den Wärme erzeugenden Komponenten aufgenommenen Wärme hindurchleitet an den Flüssigkeitskühler.
37. Verwendung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkühler eine Schnittstelle aufweist zur Montage des Flüssigkeitskühlers.
PCT/EP2006/011725 2005-12-08 2006-12-06 Gerät, baureihe von geräten, vorrichtung mit gehäuseteilen, verfahren, verwendung eines luftkühlers und verwendung eines flüssigkeitskühlers WO2007065666A2 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2006800459779A CN101326866B (zh) 2005-12-08 2006-12-06 器具、器具的结构系列、带有壳体件的装置、方法、空气冷却器的应用和液体冷却器的应用
AT06829353T ATE445993T1 (de) 2005-12-08 2006-12-06 Gerät, baureihe von geräten, vorrichtung mit gehäuseteilen, verfahren, verwendung eines luftkühlers und verwendung eines flüssigkeitskühlers
DE502006005141T DE502006005141D1 (de) 2005-12-08 2006-12-06 Gerät, baureihe von geräten, vorrichtung mit gehäuund verwendung eines flüssigkeitskühlers
EP06829353A EP1961281B1 (de) 2005-12-08 2006-12-06 Gerät, baureihe von geräten, vorrichtung mit gehäuseteilen, verfahren, verwendung eines luftkühlers und verwendung eines flüssigkeitskühlers

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005059017.9 2005-12-08
DE102005059017 2005-12-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2007065666A2 true WO2007065666A2 (de) 2007-06-14
WO2007065666A3 WO2007065666A3 (de) 2008-04-10

Family

ID=38015269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2006/011725 WO2007065666A2 (de) 2005-12-08 2006-12-06 Gerät, baureihe von geräten, vorrichtung mit gehäuseteilen, verfahren, verwendung eines luftkühlers und verwendung eines flüssigkeitskühlers

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1961281B1 (de)
CN (1) CN101326866B (de)
AT (1) ATE445993T1 (de)
DE (1) DE502006005141D1 (de)
WO (1) WO2007065666A2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8300412B2 (en) 2010-09-30 2012-10-30 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger for motor controller
GB2496666A (en) * 2011-11-18 2013-05-22 Hamilton Sundstrand Corp Heat exchanger for motor controller
WO2018158115A1 (de) 2017-02-28 2018-09-07 Piller Group Gmbh Online-usv-anlage mit kombinierter luft- und wasserkühlung
WO2022002464A1 (de) * 2020-06-30 2022-01-06 Siemens Aktiengesellschaft Leistungsmodul mit mindestens drei leistungseinheiten

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI124731B (fi) * 2009-12-18 2014-12-31 Vacon Oyj Järjestely nestejäähdyttimessä
DK2463996T3 (da) * 2010-12-08 2013-08-05 Siemens Ag AC-til-AC-konverter samt fremgangsmåde til konvertering af en AC-spænding med en første frekvens til en AC-spænding med en anden frekvens
FR2983676B1 (fr) * 2011-12-05 2013-12-20 Schneider Electric Ind Sas Armoire electrique a dissipation thermique amelioree
US11006548B2 (en) * 2013-02-01 2021-05-11 Smart Embedded Computing, Inc. Method and device to provide uniform cooling in rugged environments
CN104880101B (zh) * 2015-05-20 2017-02-22 重庆工商职业学院 一种用于汽车零部件的冷却装置
FR3054095B1 (fr) * 2016-07-12 2023-04-07 Leroy Somer Moteurs Dispositif de refroidissement d'un circuit electronique de puissance
CN106683808B (zh) * 2016-11-25 2019-02-01 航天重型工程装备有限公司 一种电阻箱
CN106486433B (zh) * 2016-12-30 2019-01-18 株洲时代金属制造有限公司 Igbt散热器
CN106711110B (zh) * 2017-03-19 2019-05-17 北京工业大学 一种用于大功率串联igbt的风冷水冷混合散热模组
DE102019210192A1 (de) * 2019-07-10 2020-08-20 Siemens Aktiengesellschaft Kühlung von elektrischen Bauelementen

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08186388A (ja) * 1994-12-28 1996-07-16 Fuji Electric Co Ltd 電子機器の冷却装置
DE20200484U1 (de) * 2002-01-14 2002-06-20 Mueller Arnold Gmbh Co Kg Kühlvorrichtung für Bauteile, insbesondere für elektrische oder elektronische Bauteile, wie Stromrichter o.dgl.
DE10236525A1 (de) * 2002-08-09 2004-02-19 Alstom Ventilbautelement-Satz in Zweigpaar-Konfiguration für einen elektrischen Wechselrichter
WO2006021358A1 (de) * 2004-08-26 2006-03-02 Oliver Laing Energieversorgungsvorrichtung für ein elektrisches gerät und verfahren zur bereitstellung elektrischer energie an komponenten eines elektrischen geräts
US20060227504A1 (en) * 2005-04-11 2006-10-12 Delta Electronics, Inc. Heat-dissipating module of electronic device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08186388A (ja) * 1994-12-28 1996-07-16 Fuji Electric Co Ltd 電子機器の冷却装置
DE20200484U1 (de) * 2002-01-14 2002-06-20 Mueller Arnold Gmbh Co Kg Kühlvorrichtung für Bauteile, insbesondere für elektrische oder elektronische Bauteile, wie Stromrichter o.dgl.
DE10236525A1 (de) * 2002-08-09 2004-02-19 Alstom Ventilbautelement-Satz in Zweigpaar-Konfiguration für einen elektrischen Wechselrichter
WO2006021358A1 (de) * 2004-08-26 2006-03-02 Oliver Laing Energieversorgungsvorrichtung für ein elektrisches gerät und verfahren zur bereitstellung elektrischer energie an komponenten eines elektrischen geräts
US20060227504A1 (en) * 2005-04-11 2006-10-12 Delta Electronics, Inc. Heat-dissipating module of electronic device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8300412B2 (en) 2010-09-30 2012-10-30 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger for motor controller
GB2496666A (en) * 2011-11-18 2013-05-22 Hamilton Sundstrand Corp Heat exchanger for motor controller
GB2496666B (en) * 2011-11-18 2014-05-14 Hamilton Sundstrand Corp Heat exchanger for motor controller
WO2018158115A1 (de) 2017-02-28 2018-09-07 Piller Group Gmbh Online-usv-anlage mit kombinierter luft- und wasserkühlung
US11289992B2 (en) 2017-02-28 2022-03-29 Piller Group Gmbh Online UPS system with combined air and water cooling
WO2022002464A1 (de) * 2020-06-30 2022-01-06 Siemens Aktiengesellschaft Leistungsmodul mit mindestens drei leistungseinheiten

Also Published As

Publication number Publication date
EP1961281A2 (de) 2008-08-27
WO2007065666A3 (de) 2008-04-10
ATE445993T1 (de) 2009-10-15
DE502006005141D1 (de) 2009-11-26
CN101326866A (zh) 2008-12-17
EP1961281B1 (de) 2009-10-14
CN101326866B (zh) 2012-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1961281B1 (de) Gerät, baureihe von geräten, vorrichtung mit gehäuseteilen, verfahren, verwendung eines luftkühlers und verwendung eines flüssigkeitskühlers
DE102006057796B4 (de) Kühlanordnung für Wärme erzeugende elektrische Komponenten und elektrisches Gerät damit
EP1395098B1 (de) Elektrische Heizung für Kraftfahrzeuge
EP1723670A1 (de) Kühleinrichtung
DE102014214209B4 (de) Kühlvorrichtung zur zielgerichteten Kühlung von elektronischen und/oder elektrischen Bauelementen, Umrichter mit einer derartigen Kühlvorrichtung sowie Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem derartigen Umrichter
EP1866728A2 (de) Kühleinheit
WO2009127381A1 (de) Frequenzumrichter auf einem motor
EP3541157B1 (de) Elektronische baugruppe mit einem gehäuse mit kühlrippen
DE102005034998A1 (de) Vorrichtung zur Kühlung von elektronischen Bauelementen
DE3710198C2 (de)
WO2014207185A1 (de) Kühlvorrichtung zur kühlung eines elektronikbauteils und elektronikanordnung mit einer kühlvorrichtung
WO2005015970A2 (de) Kühlvorrichtung für ein elektronisches bauelement, insbesondere für einen mikroprozessor
DE102017214486A1 (de) Stapelbares Kühlkörpermodul
DE102012108571B4 (de) Elektrischer Widerstand
DE102017222350A1 (de) Wärmetauscher für eine doppelseitige kühlung von elektronikmodulen
WO2020221389A1 (de) Leistungselektronik mit hohl ausgebildeten stromschienen zur direkten kondensatorkühlung; sowie elektromotor
EP1329145B1 (de) Flüssigkeitsgekühltes gehäuse
DE2722142B2 (de) Metallische Gehäusewandung für ein elektronische Bauelemente aufnehmendes Gehäuse
DE10036234A1 (de) Frequenzumrichter mit einem aus Oberteil und Unterteil bestehenden Gehäuse
WO2008040596A2 (de) Kühlkörper zur kühlung eines elektrischen bauelementes
DE19904279B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102017214487A1 (de) Stapelbares Kühlkörpermodul
DE102019213956A1 (de) (Leistungs-)Elektronikanordnung mit einer effizienten Kühlung
DE10308749B4 (de) Kühlanordnung für eine Schaltungsanordnung und Verwendung derselben in einer Steuerung für papierverarbeitende Maschinen
WO2019037904A1 (de) Leistungsmodul mit kühlplatten

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200680045977.9

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006829353

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2006829353

Country of ref document: EP