WO2020224777A1 - Heat sink - Google Patents

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WO2020224777A1
WO2020224777A1 PCT/EP2019/061849 EP2019061849W WO2020224777A1 WO 2020224777 A1 WO2020224777 A1 WO 2020224777A1 EP 2019061849 W EP2019061849 W EP 2019061849W WO 2020224777 A1 WO2020224777 A1 WO 2020224777A1
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heat sink
cooling
cooling fins
heat
components
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PCT/EP2019/061849
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French (fr)
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David DÖRING
Günter EBNER
Gerald Franz Giering
Klaus WÜRFLINGER
Marcus ZELLER
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids

Definitions

  • the invention relates to a heat sink for cooling an electronic component.
  • the invention also relates to an arrangement with a plurality of heat sinks and a method for cooling an electronic component.
  • Power electronic components can heat up during operation. If the resulting heat is a certain
  • the invention is based on the object of specifying a heat sink with which heat can be dissipated from an electronic component quickly and reliably.
  • this object is achieved by a
  • Heat sink according to the independent claim Advantageous embodiments of the heat sink are specified in the dependent claims.
  • a heat sink for cooling an electronic component having a cylindrical core on which a
  • a plurality of radially extending cooling fins are arranged, the cooling fins one in the axial direction
  • a cooling fluid can both the outer surface of the
  • This heat sink is particularly suitable for cooling an essentially circular-cylindrical electronic component. It is a
  • the recess is in particular designed as a channel or as a through opening.
  • the recess extends axially
  • the recess is perpendicular to the axial direction on all sides from the material of the cooling fins or from the
  • the cooling fins can also be referred to as cooling fins.
  • the cooling body can be designed such that the recess forms a through opening, in particular a through opening extending in the axial direction.
  • the cooling ribs advantageously have the recess in the axial direction. As a result, the cooling fluid can flow through the recess in the axial direction.
  • the cooling body can be designed in such a way that the cooling ribs have a surface which is flat in the axial direction.
  • the cooling fins are therefore in particular not twisted in themselves. This results in a comparatively low flow resistance for the cooling fluid, so that the cooling fluid has good contact with the
  • the heat sink can be designed in such a way that the cooling fins each have a substantially cuboid outer contour. Such cooling fins have a relatively large surface.
  • the heat sink can be designed in such a way that the cooling ribs are frame-shaped cooling ribs (which form the recess
  • the cooling fins thus have a frame-shaped cross-sectional area in the axial direction, which the
  • the cooling body can be designed in such a way that the cooling ribs have two parallel strips in the radial direction as a cross-sectional area which form the recess
  • the heat sink can also be designed so that the
  • Has cross-sectional area and / or the recess has a rectangular cross-sectional area in the radial direction
  • the variants of the cooling body described above have a simple geometric shape so that the cooling fluid can flow through them and around them.
  • the heat sink can also be designed so that the
  • Cooling fins are evenly distributed around the circumference of the core (around).
  • the heat sink can be designed in such a way that the radial extension of the cooling ribs is greater than the axial extension
  • the cooling fins have a comparatively large surface area and are able to quickly remove the heat generated from the core of the heat sink
  • the cooling body can be designed in such a way that the axial extent of the cooling fins is greater than the tangential extent of the cooling fins.
  • the heat sink can also be designed in such a way that the axial extension of the cooling ribs (essentially) corresponds to the axial extension of the core. This also results in a large surface area for the cooling fins.
  • the outer diameter of the heat sink can be approximately
  • the heat sink can also be designed in such a way that the core has a flat base surface and / or a flat top surface
  • the core has, in particular a flat circular base and / or a flat circular top surface.
  • the core can be a circular cylinder-shaped core, the base surface and top surface of which are arranged parallel to one another. Good thermal contact with the electronic component to be cooled can advantageously be established on the flat base surface and / or the flat top surface.
  • Heat sinks according to one of the variants described above and with several electronic components, in which the heat sinks and the components are arranged alternately.
  • the components and the heat sinks form an electrical series circuit.
  • Such an arrangement is also referred to as a stack structure or a stack structure.
  • the arrangement is particularly advantageous at high voltages, because the electrical series connection of the components enables a high dielectric strength to be achieved.
  • the arrangement can also be designed so that the
  • Components are each arranged between the cylindrical cores of two heat sinks.
  • the components are in particular in contact with the base surface or the top surface of the respective core.
  • the components can in particular be circular cylindrical components, for example
  • Heat sinks are arranged along a common axis of rotation.
  • the arrangement can also be designed so that the
  • Heat sink and the components are braced against each other.
  • the heat sinks and the components then in particular form a tensioning association.
  • the respective heat sinks can exert great tension forces on the components arranged between the cores be transmitted.
  • the arrangement can also be designed such that in the case of two (axially) successive heat sinks, the cooling fins of the two heat sinks are arranged offset to one another. In the case of two successive heat sinks, the
  • the cooling fins of the two heat sinks are not axially aligned
  • the arrangement can also be designed in such a way that two successive heat sinks rotate through an angle of rotation
  • the two successive heat sinks are arranged rotated against each other.
  • two successive heat sinks can be arranged rotated relative to one another by the same angle of rotation. This results in a uniform distribution of the cooling fins on the arrangement.
  • the angle of rotation represents a circumferential angle.
  • the two successive heat sinks are around the
  • Circumferential angle arranged rotated against each other.
  • a method for cooling an electronic component by means of at least one is also disclosed.
  • This method can take place in such a way that several components connected electrically in series are cooled, with one of the components between two of the heat sinks
  • the heat sink, the arrangement and the Procedures have the same or similar
  • Figure 1 shows an embodiment of a
  • FIG. 2 shows a detail of the exemplary heat sink
  • FIG. 3 shows an embodiment of the heat sink with an electronic component and in
  • FIG. 4 shows an arrangement with several heat sinks and several electronic components.
  • a heat sink 1 is shown as an example. This is a rotationally symmetrical one
  • Heat sink the axis of rotation 3 runs centrally through a core 6 of the cooling body 1.
  • a plurality of cooling fins 9 are arranged on the circumference of the cylindrical core 6.
  • Cooling fins 9 extend radially away from the core 6. In the axial direction (that is, in the direction of the axis of rotation 3), the cooling ribs each have a recess 12. This recess 12 can best be seen in the cooling rib facing directly towards the viewer. In the exemplary embodiment, the recess forms a through opening 12 in the
  • Cooling rib 9. This through opening 12 extends in the axial direction through the cooling rib 9.
  • the surface of the cooling fin 9, and thus the surface of the cooling body 1, is enlarged by the recess 12.
  • a cooling fluid can in particular not only be applied to the outer contour / outer surface flow past the cooling fin, but also through the
  • the heat sink is particularly suitable for a liquid cooling fluid
  • the heat sink can also be used with a gaseous cooling fluid (for example with air).
  • the cooling fluid preferably flows in the direction of
  • Axis of rotation 3 (axial) past and through the heat sink and thus absorbs the heat from the heat sink.
  • the cooling fins 9 each have a substantially
  • the cooling fins are designed as frame-shaped cooling fins, so the cooling fins 9 each frame the recess 12. In the axial direction, the cooling fins thus have a
  • the cooling ribs have two parallel strips as a cross-sectional area; these strips delimit the recess 12.
  • the recess 12 has in
  • Embodiment has a rectangular cross-sectional area in the axial direction and a rectangular cross-sectional area in the radial direction.
  • the cooling fins 9 are arranged uniformly around the circumference of the core 6.
  • the radial extent of the cooling ribs is greater than the axial extent of the cooling ribs (in the exemplary embodiment the cooling ribs extend axially in the vertical direction). This makes it possible to quickly remove heat from the core of the heat sink in the radial direction
  • the axial extension of the cooling ribs corresponds in the exemplary embodiment to the axial extension of the core.
  • the cooling fins and the core have the same height.
  • the outer diameter of the heat sink 1 is approximately at least three times as large as the diameter of the core 6.
  • the outer The diameter of the heat sink 1 should be between three and five times as large as the diameter of the core 6.
  • the core 6 has a flat base and a flat
  • Top surface (in the embodiment, only the flat top surface of the core 6 can be seen). This is a flat circular base and a flat
  • the core in the example is a
  • FIG. 2 a section of the heat sink 1 is shown in a semi-transparent illustration.
  • FIG. 2 shows only the cylindrical core 6 and a single cooling fin 9 of the cooling body 1.
  • the base surface 203, the top surface 206 and the jacket surface 209 of the cylindrical core 6 can be clearly seen.
  • the jacket surface 209 describes the circumference of the cylindrical core 6.
  • the individual surfaces are on the jacket surface 209
  • Cooling fins 9 arranged.
  • Top surface 206 are each configured as a flat base surface and a flat top surface.
  • the base 203 and the circular top surface 206 are arranged parallel to one another.
  • the base area 203 and the top area 206 each represent a contact area for one of the electronic components, which by means of the
  • the radial extension 212 of the individual cooling fins 9 is greater than the axial extension 215 of the cooling fins.
  • the maximum radial extension 212 of the cooling fins 9 is greater than the maximum axial extension 215 of the cooling fins 9.
  • the axial extension 215 of the cooling fins 9 corresponds to the axial extension of the core 6. In other words, the individual cooling fins are as high as the core 6. The axial extension 215 of the cooling fins 9 is greater than that
  • the cooling ribs Due to the configuration described above, the cooling ribs has a large surface, so that by means of the cooling fins a large amount of heat from the core 6 (and thus from the electronic
  • Component can be discharged.
  • the heat sink 1 is electrically conductive. It consists of a metal, for example copper or aluminum. Thus, the heat sink has both a good electrical
  • cooling ribs 9 have a surface 221 which is flat in the axial direction.
  • the (inner) surface of the recess 12 is also flat in the axial direction.
  • the surfaces mentioned are also in radial
  • the heat sink 1 is shown with an electronic component 303 arranged on the heat sink.
  • the electronic component 303 is a circular-cylindrical component 303; this design is also referred to as a disk cell.
  • the component 303 lies on the core 6 of the
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of an arrangement 400 with a plurality of heat sinks 1 a, 1 b, 1 c,... Ln and a plurality of electronic components 303a, 303b, 303c, ... 303 (n-1).
  • the electrical components 303a, 303b, ... 303 (n-1) are each arranged between the individual heat sinks la, lb, ... ln and are largely covered by the cooling fins of the heat sinks 1 in the illustration in FIG. As a result, the components 303 are not or barely visible in FIG.
  • An electronic component is arranged between each two heat sinks.
  • the heat sinks and the electronic components are therefore arranged alternately. For example, between the first heat sink la and the second
  • Heat sink lb the first electronic component 303a
  • the second electronic component 303b is arranged between the second heat sink lb and the third heat sink lc, etc.
  • Components 303a, 303b, 303c, ... 303 (n-1) form one
  • the components 303 are each between the cylindrical cores 6 of two
  • the heat sinks 1 and the components 303 are mechanically braced against one another.
  • the heat sinks 1 and the components 303 in particular form a tensioning association.
  • the clamping device itself is not shown in FIG. 4 for reasons of clarity.
  • the cooling fins 9 are arranged offset from one another.
  • the cooling fins of the heat sink la are arranged offset from the cooling fins of the heat sink lb.
  • the cooling fins of the heat sinks la and lb are therefore not aligned with one another in the axial direction.
  • two successive heat sinks are arranged rotated relative to one another by an angle of rotation / circumferential angle; two successive heat sinks arranged rotated against each other by the same angle of rotation / circumferential angle.
  • Rotation angle / circumference angle 5.625 ° corresponds to half the angle between two adjacent ones
  • Cooling fins of a heat sink It follows from this that the third heat sink lc is again aligned identically to the first heat sink la. In other words, the cooling fins of the third heat sink lc are aligned identically to the
  • Cooling fins of the first heat sink la With a staggered arrangement of the cooling fins, there is advantageously only a low flow resistance, in particular with viscous cooling fluids.
  • the cooling fluid flowing through the arrangement is shown schematically by means of vertical arrows pointing from bottom to top. It can be seen here that the cooling fluid can flow straight through the recesses 12 of the cooling fins 9, this is symbolized by straight arrows. In addition, the coolant can also flow around the individual cooling fins 9, which is achieved through the
  • cooling fluid flows in the axial direction (which is shown in FIG.
  • the representation in FIG. 4 corresponds to the vertical direction) through the arrangement 400 and past the arrangement 400.
  • the heat sink, arrangement and procedure are
  • Components can be connected in series (stack structure) and electrically insulated by means of a liquid insulating medium (for example a synthetic ester).
  • a liquid insulating medium for example a synthetic ester.
  • This Liquid insulating medium can advantageously be used at the same time as a liquid cooling fluid, since such liquid insulating media often also have a high specific heat capacity and are therefore also suitable as cooling fluid.
  • This cooling fluid flows past the electronic components (“stack”) connected in series and cools the components. This cooling can take place particularly effectively by means of the described heat sink and the described arrangement.
  • a high cooling effect is achieved by means of cooling ribs that are planar / flat in the axial direction and have a comparatively large surface. These cooling fins are attached to the cylindrical core 6.
  • the core 6 allows sufficient
  • the cooling fins run around the entire (circular) circumference of the
  • the outer surface of the cylinder core 6 is arranged so that the outer surface is evenly provided with cooling fins.
  • Cooling fins can be arranged at a distance of 11.25 °.
  • the cooling fins are hollowed out in the axial direction, thereby increasing the effective surface of the individual cooling fins and the cooling fins flow through them internally with the cooling fluid (in particular, the liquid
  • Isolation medium is) enabled.
  • a slight rotation of the successive cooling bodies of the arrangement against one another has the advantage that the flow of the cooling fluid through the arrangement is improved.
  • the solution described makes it possible to cool the electronic components easily and inexpensively (robust solution). Further measures, such as targeted cooling of individual electronic components (for example with cooling channels arranged in the components) can advantageously be dispensed with.
  • the heat sink, the arrangement and the method can be

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Abstract

The invention relates to a heat sink (1) for cooling an electronic component (303). The heat sink (1) has a cylindrical core (6), on which a plurality of radially extending cooling ribs (9) are arranged. The cooling ribs (9) have a recess (12) in the axial direction (3).

Description

Beschreibung description
Kühlkörper Heat sink
Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper zum Kühlen eines elektronischen Bauelements. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung mit mehreren Kühlkörpern sowie ein Verfahren zum Kühlen eines elektronischen Bauelements. The invention relates to a heat sink for cooling an electronic component. The invention also relates to an arrangement with a plurality of heat sinks and a method for cooling an electronic component.
Elektronische Bauelemente, insbesondere Electronic components, in particular
leistungselektronische Bauelemente, können sich beim Betrieb erwärmen. Wenn die entstehende Wärme eine bestimmte Power electronic components can heat up during operation. If the resulting heat is a certain
Wärmemenge überschreitet, dann muss die entstehende Wärme von den elektronischen Bauelementen abgeführt werden, damit diese nicht überhitzen. If the amount of heat exceeds, the resulting heat must be dissipated from the electronic components so that they do not overheat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper anzugeben, mit dem schnell und zuverlässig Wärme von einem elektronischen Bauelement abgeführt werden kann. The invention is based on the object of specifying a heat sink with which heat can be dissipated from an electronic component quickly and reliably.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen According to the invention, this object is achieved by a
Kühlkörper nach dem unabhängigen Patentanspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen des Kühlkörpers sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Heat sink according to the independent claim. Advantageous embodiments of the heat sink are specified in the dependent claims.
Offenbart wird ein Kühlkörper zum Kühlen eines elektronischen Bauelements mit einem zylindrischen Kern, an dem eine Disclosed is a heat sink for cooling an electronic component having a cylindrical core on which a
Vielzahl von sich radial erstreckenden Kühlrippen angeordnet sind, wobei die Kühlrippen in axialer Richtung eine A plurality of radially extending cooling fins are arranged, the cooling fins one in the axial direction
Ausnehmung aufweisen. Have recess.
Ein Kühlfluid kann sowohl die äußere Oberfläche der A cooling fluid can both the outer surface of the
Kühlrippen umströmen als auch durch die Ausnehmung der Flow around cooling fins as well as through the recess of the
Kühlrippen hindurchströmen. Dadurch wird die Oberfläche der Kühlrippen und damit die Oberfläche des Kühlkörpers Flow through cooling fins. This creates the surface of the cooling fins and thus the surface of the heat sink
vergrößert. Dieser Kühlkörper ist insbesondere zum Kühlen eines im Wesentlichen kreiszylinderförmigen elektronischen Bauelements geeignet. Es handelt sich um einen enlarged. This heat sink is particularly suitable for cooling an essentially circular-cylindrical electronic component. It is a
rotationssymmetrischen Kühlkörper. Die Ausnehmung ist insbesondere als ein Kanal oder als eine Durchgangsöffnung ausgestaltet. Die Ausnehmung erstreckt sich in axialer rotationally symmetrical heat sink. The recess is in particular designed as a channel or as a through opening. The recess extends axially
Richtung. Die Ausnehmung ist senkrecht zur axialen Richtung allseitig von dem Material der Kühlrippen oder von dem Direction. The recess is perpendicular to the axial direction on all sides from the material of the cooling fins or from the
Material des Kerns begrenzt. Die Kühlrippen können auch als Kühlfinnen bezeichnet werden. Material of the core limited. The cooling fins can also be referred to as cooling fins.
Der Kühlkörper kann so ausgestaltet sein, dass die Ausnehmung eine Durchgangsöffnung bildet, insbesondere eine sich in axialer Richtung erstreckende Durchgangsöffnung. Hierbei weisen die Kühlrippen vorteilhafterweise in axialer Richtung die Ausnehmung auf. Dadurch kann das Kühlfluid in axialer Richtung durch die Ausnehmung hindurchströmen. The cooling body can be designed such that the recess forms a through opening, in particular a through opening extending in the axial direction. In this case, the cooling ribs advantageously have the recess in the axial direction. As a result, the cooling fluid can flow through the recess in the axial direction.
Der Kühlkörper kann so ausgestaltet sein, dass die Kühlrippen eine in axialer Richtung ebene Oberfläche aufweisen. Die Kühlrippen sind also insbesondere in sich unverdreht. Dadurch entsteht für das Kühlfluid ein vergleichsweise geringer Strömungswiderstand, so dass das Kühlfluid gut an den The cooling body can be designed in such a way that the cooling ribs have a surface which is flat in the axial direction. The cooling fins are therefore in particular not twisted in themselves. This results in a comparatively low flow resistance for the cooling fluid, so that the cooling fluid has good contact with the
Kühlrippen entlangströmen und/oder durch die Kühlrippen hindurchströmen kann. Can flow along cooling fins and / or flow through the cooling fins.
Der Kühlkörper kann so ausgestaltet sein, dass die Kühlrippen jeweils eine im Wesentlichen quaderförmige Außenkontur aufweisen. Derartige Kühlrippen weisen eine relativ große Oberfläche auf. The heat sink can be designed in such a way that the cooling fins each have a substantially cuboid outer contour. Such cooling fins have a relatively large surface.
Der Kühlkörper kann so ausgestaltet sein, dass die Kühlrippen rahmenförmige Kühlrippen sind (welche die Ausnehmung The heat sink can be designed in such a way that the cooling ribs are frame-shaped cooling ribs (which form the recess
umrahmen) . Die Kühlrippen weisen also in axialer Richtung eine rahmenförmige Querschnittsfläche auf, welche die frame). The cooling fins thus have a frame-shaped cross-sectional area in the axial direction, which the
Ausnehmung begrenzt. Limited recess.
Der Kühlkörper kann so ausgestaltet sein, dass die Kühlrippen in radialer Richtung als Querschnittsfläche zwei zueinander parallele Streifen aufweisen, welche die Ausnehmung The cooling body can be designed in such a way that the cooling ribs have two parallel strips in the radial direction as a cross-sectional area which form the recess
begrenzen . Der Kühlkörper kann auch so ausgestaltet sein, dass die limit. The heat sink can also be designed so that the
Ausnehmung in axialer Richtung eine rechteckige A rectangular recess in the axial direction
Querschnittsfläche aufweist und/oder die Ausnehmung in radialer Richtung eine rechteckige Querschnittsfläche Has cross-sectional area and / or the recess has a rectangular cross-sectional area in the radial direction
aufweist . having .
Die vorstehend beschriebenen Varianten des Kühlkörpers weisen eine einfache geometrische Gestalt auf, so dass sie von dem Kühlfluid gut durchströmt und umströmt werden können. The variants of the cooling body described above have a simple geometric shape so that the cooling fluid can flow through them and around them.
Der Kühlkörper kann auch so ausgestaltet sein, dass die The heat sink can also be designed so that the
Kühlrippen gleichmäßig um den Umfang des Kerns (herum) verteilt angeordnet sind. Cooling fins are evenly distributed around the circumference of the core (around).
Der Kühlkörper kann so ausgestaltet sein, dass die radiale Erstreckung der Kühlrippen größer ist als die axiale The heat sink can be designed in such a way that the radial extension of the cooling ribs is greater than the axial extension
Erstreckung der Kühlrippen. Dadurch haben die Kühlrippen eine vergleichsweise große Oberfläche und sind in der Lage, die entstehende Wärme schnell vom Kern des Kühlkörpers in Extension of the cooling fins. As a result, the cooling fins have a comparatively large surface area and are able to quickly remove the heat generated from the core of the heat sink
radialer Richtung abzuführen. discharge in the radial direction.
Der Kühlkörper kann so ausgestaltet sein, dass die axiale Erstreckung der Kühlrippen größer ist als die tangentiale Erstreckung der Kühlrippen. The cooling body can be designed in such a way that the axial extent of the cooling fins is greater than the tangential extent of the cooling fins.
Der Kühlkörper kann auch so ausgestaltet sein, dass die axiale Erstreckung der Kühlrippen (im Wesentlichen) der axialen Erstreckung des Kerns entspricht. Auch dadurch ergibt sich eine große Oberfläche der Kühlrippen. The heat sink can also be designed in such a way that the axial extension of the cooling ribs (essentially) corresponds to the axial extension of the core. This also results in a large surface area for the cooling fins.
Der äußere Durchmesser des Kühlkörpers kann in etwa The outer diameter of the heat sink can be approximately
mindestens 3 Mal so groß sein wie der Durchmesser des Kerns, insbesondere zwischen 3 Mal und 5 Mal so groß wie der be at least 3 times as large as the diameter of the core, in particular between 3 and 5 times as large as that
Durchmesser des Kerns. Diameter of the core.
Der Kühlkörper kann auch so ausgestaltet sein, dass der Kern eine ebene Grundfläche und/oder eine ebene Deckfläche The heat sink can also be designed in such a way that the core has a flat base surface and / or a flat top surface
aufweist, insbesondere eine ebene kreisförmige Grundfläche und/oder eine ebene kreisförmige Deckfläche. Dabei kann der Kern ein kreiszylinderförmiger Kern sein, dessen Grundfläche und Deckfläche parallel zueinander angeordnet sind. An der ebenen Grundfläche und/oder der ebenen Deckfläche kann vorteilhafterweise ein guter thermischer Kontakt zu dem zu kühlenden elektronischen Bauelement hergestellt werden. has, in particular a flat circular base and / or a flat circular top surface. The core can be a circular cylinder-shaped core, the base surface and top surface of which are arranged parallel to one another. Good thermal contact with the electronic component to be cooled can advantageously be established on the flat base surface and / or the flat top surface.
Offenbart wird weiterhin eine Anordnung mit mehreren Also disclosed is an arrangement with a plurality of
Kühlkörpern nach einer der vorstehend beschriebenen Varianten und mit mehreren elektronischen Bauelementen, bei der die Kühlkörper und die Bauelemente abwechselnd angeordnet sind. Die Bauelemente und die Kühlkörper bilden eine elektrische Reihenschaltung. Eine derartige Anordnung wird auch als Stackaufbau oder als Stapelaufbau bezeichnet. Die Anordnung ist insbesondere bei hohen Spannungen vorteilhaft, weil durch die elektrische Reihenschaltung der Bauelemente eine hohe Spannungsfestigkeit realisiert werden kann. Heat sinks according to one of the variants described above and with several electronic components, in which the heat sinks and the components are arranged alternately. The components and the heat sinks form an electrical series circuit. Such an arrangement is also referred to as a stack structure or a stack structure. The arrangement is particularly advantageous at high voltages, because the electrical series connection of the components enables a high dielectric strength to be achieved.
Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass die The arrangement can also be designed so that the
Bauelemente jeweils zwischen den zylindrischen Kernen zweier Kühlkörper angeordnet sind. Die Bauelemente liegen dabei insbesondere an der Grundfläche oder der Deckfläche des jeweiligen Kerns an. Die Bauelemente können insbesondere kreiszylinderförmige Bauelemente sein, beispielsweise Components are each arranged between the cylindrical cores of two heat sinks. The components are in particular in contact with the base surface or the top surface of the respective core. The components can in particular be circular cylindrical components, for example
sogenannte scheibenzellenförmige Bauelemente. Dann liegt die Grundfläche des Bauelements an der Deckfläche des Kerns des einen benachbarten Kühlkörpers an, und die Deckfläche des Bauelements liegt an der Grundfläche des Kerns des anderen benachbarten Kühlkörpers an. Die Bauelemente und die so-called disc cell-shaped components. The base surface of the component then rests against the top surface of the core of one adjacent heat sink, and the top surface of the component rests against the base surface of the core of the other adjacent heat sink. The components and the
Kühlkörper sind entlang einer gemeinsamen Rotationsachse angeordnet . Heat sinks are arranged along a common axis of rotation.
Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass die The arrangement can also be designed so that the
Kühlkörper und die Bauelemente gegeneinander verspannt sind. Die Kühlkörper und die Bauelemente bilden dann insbesondere einen Spannverband. Mittels der (massiven) Kerne der Heat sink and the components are braced against each other. The heat sinks and the components then in particular form a tensioning association. By means of the (massive) cores of the
jeweiligen Kühlkörper können große Spannkräfte auf die zwischen den Kernen jeweils angeordneten Bauelemente übertragen werden. Es können insbesondere die ohmschen The respective heat sinks can exert great tension forces on the components arranged between the cores be transmitted. In particular, the ohmic
Übergangswiderstände zwischen den elektronischen Bauelementen und den jeweiligen Kernen der Kühlkörper gering gehalten werden. Außerdem kann durch entsprechend große Spannkräfte ein guter thermischer Übergang (Wärmeübergang) zwischen den elektronischen Bauelementen und den Kühlkörpern erreicht werden . Contact resistances between the electronic components and the respective cores of the heat sinks are kept low. In addition, a good thermal transfer (heat transfer) between the electronic components and the heat sinks can be achieved by means of correspondingly large clamping forces.
Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass bei zwei (axial) aufeinanderfolgenden Kühlkörpern die Kühlrippen der beiden Kühlkörper zueinander versetzt angeordnet sind. Bei zwei aufeinanderfolgenden Kühlkörpern sind also die The arrangement can also be designed such that in the case of two (axially) successive heat sinks, the cooling fins of the two heat sinks are arranged offset to one another. In the case of two successive heat sinks, the
Kühlrippen der beiden Kühlkörper axial nichtfluchtend The cooling fins of the two heat sinks are not axially aligned
zueinander angeordnet. Es hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Anordnung der Kühlrippen vorteilhafterweise ein geringer Strömungswiderstand auftritt, insbesondere bei viskosen Kühlfluiden. arranged to each other. It has been shown that with such an arrangement of the cooling fins, there is advantageously a low flow resistance, in particular with viscous cooling fluids.
Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass zwei aufeinanderfolgende Kühlkörper um einen Drehwinkel The arrangement can also be designed in such a way that two successive heat sinks rotate through an angle of rotation
gegeneinander verdreht angeordnet sind. Dabei können jeweils zwei aufeinanderfolgende Kühlkörper jeweils um denselben Drehwinkel gegeneinander verdreht angeordnet sein. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Kühlrippen an der Anordnung. Der Drehwinkel stellt einen Umfangswinkel dar. Die zwei aufeinanderfolgenden Kühlkörper sind um den are arranged rotated against each other. In this case, two successive heat sinks can be arranged rotated relative to one another by the same angle of rotation. This results in a uniform distribution of the cooling fins on the arrangement. The angle of rotation represents a circumferential angle. The two successive heat sinks are around the
Umfangswinkel gegeneinander verdreht angeordnet. Circumferential angle arranged rotated against each other.
Offenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Kühlen eines elektronischen Bauelements mittels mindestens eines A method for cooling an electronic component by means of at least one is also disclosed
Kühlkörpers nach einer der vorstehend beschriebenen Heat sink according to one of the above-described
Varianten . Variants .
Dieses Verfahren kann so ablaufen, dass mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Bauelemente gekühlt werden, wobei jeweils eines der Bauelemente zwischen zweien der Kühlkörper This method can take place in such a way that several components connected electrically in series are cooled, with one of the components between two of the heat sinks
angeordnet ist. Der Kühlkörper, die Anordnung und das Verfahren weisen gleiche beziehungsweise gleichartige is arranged. The heat sink, the arrangement and the Procedures have the same or similar
Vorteile auf. Benefits on.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von In the following the invention is based on
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwirkende Embodiments explained in more detail. The same reference symbols refer to the same or equivalent
Elemente. Dazu ist in Elements. This is in
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Figure 1 shows an embodiment of a
dreidimensionalen Darstellung eines three-dimensional representation of a
Kühlkörpers, in Heat sink, in
Figur 2 ein Detail des beispielhaften Kühlkörpers, in Figure 2 shows a detail of the exemplary heat sink, in
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel des Kühlkörpers mit einem elektronischen Bauelement und in Figure 3 shows an embodiment of the heat sink with an electronic component and in
Figur 4 eine Anordnung mit mehreren Kühlkörpern und mehreren elektronischen Bauelementen dargestellt . FIG. 4 shows an arrangement with several heat sinks and several electronic components.
In Figur 1 ist beispielhaft ein Kühlkörper 1 dargestellt. Dabei handelt es sich um einen rotationssymmetrischen In Figure 1, a heat sink 1 is shown as an example. This is a rotationally symmetrical one
Kühlkörper; die Rotationsachse 3 verläuft zentral durch einen Kern 6 des Kühlkörpers 1. Am Umfang des zylindrischen Kerns 6 ist eine Vielzahl von Kühlrippen 9 angeordnet. Diese Heat sink; the axis of rotation 3 runs centrally through a core 6 of the cooling body 1. A plurality of cooling fins 9 are arranged on the circumference of the cylindrical core 6. These
Kühlrippen 9 erstrecken sich radial vom Kern 6 weg. In axialer Richtung (also in Richtung der Rotationsachse 3) weisen die Kühlrippen jeweils eine Ausnehmung 12 auf. Diese Ausnehmung 12 ist am besten bei der direkt auf den Betrachter zuweisenden Kühlrippe zu erkennen. Die Ausnehmung bildet im Ausführungsbeispiel eine Durchgangsöffnung 12 in der Cooling fins 9 extend radially away from the core 6. In the axial direction (that is, in the direction of the axis of rotation 3), the cooling ribs each have a recess 12. This recess 12 can best be seen in the cooling rib facing directly towards the viewer. In the exemplary embodiment, the recess forms a through opening 12 in the
Kühlrippe 9. Diese Durchgangsöffnung 12 erstreckt sich in axialer Richtung durch die Kühlrippe 9 hindurch. Durch die Ausnehmung 12 wird die Oberfläche der Kühlrippe 9, und damit die Oberfläche des Kühlkörpers 1, vergrößert. Ein Kühlfluid kann insbesondere nicht nur an der Außenkontur/Außenfläche der Kühlrippe vorbeiströmen, sondern auch durch die Cooling rib 9. This through opening 12 extends in the axial direction through the cooling rib 9. The surface of the cooling fin 9, and thus the surface of the cooling body 1, is enlarged by the recess 12. A cooling fluid can in particular not only be applied to the outer contour / outer surface flow past the cooling fin, but also through the
Ausnehmung der Kühlrippe hindurchströmen. Der Kühlkörper ist insbesondere für ein flüssiges Kühlfluid geeignet Flow through the recess of the cooling fin. The heat sink is particularly suitable for a liquid cooling fluid
(beispielsweise für ein flüssiges synthetisches Esther) ; der Kühlkörper kann aber grundsätzlich auch mit einem gasförmigen Kühlfluid (beispielsweise mit Luft) genutzt werden. (e.g. for a liquid synthetic ester); In principle, however, the heat sink can also be used with a gaseous cooling fluid (for example with air).
Vorzugsweise strömt das Kühlfluid in Richtung der The cooling fluid preferably flows in the direction of
Rotationsachse 3 (axial) an dem Kühlkörper vorbei und durch diesen hindurch und nimmt so die Wärme von dem Kühlkörper auf . Axis of rotation 3 (axial) past and through the heat sink and thus absorbs the heat from the heat sink.
Die Kühlrippen 9 weisen jeweils eine im Wesentlichen The cooling fins 9 each have a substantially
quaderförmige Außenkontur auf. Im Ausführungsbeispiel sind die Kühlrippen als rahmenförmige Kühlrippen ausgestaltet, die Kühlrippen 9 umrahmen also jeweils die Ausnehmung 12. In axialer Richtung weisen die Kühlrippen also eine cuboid outer contour. In the exemplary embodiment, the cooling fins are designed as frame-shaped cooling fins, so the cooling fins 9 each frame the recess 12. In the axial direction, the cooling fins thus have a
rahmenförmige Querschnittsfläche auf; diese rahmenförmige Querschnittsfläche begrenzt die Ausnehmung 12. In radialer Richtung weisen die Kühlrippen als Querschnittsfläche zwei zueinander parallele Streifen auf; diese Streifen begrenzen die Ausnehmung 12. Die Ausnehmung 12 weist im frame-shaped cross-sectional area; this frame-shaped cross-sectional area delimits the recess 12. In the radial direction, the cooling ribs have two parallel strips as a cross-sectional area; these strips delimit the recess 12. The recess 12 has in
Ausführungsbeispiel in axialer Richtung eine rechteckige Querschnittsfläche und in radialer Richtung eine rechteckige Querschnittsfläche auf. Embodiment has a rectangular cross-sectional area in the axial direction and a rectangular cross-sectional area in the radial direction.
Die Kühlrippen 9 sind gleichmäßig um den Umfang des Kerns 6 herum angeordnet. Dabei ist die radiale Erstreckung der Kühlrippen größer als die axiale Erstreckung der Kühlrippen (im Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Kühlrippen axial in vertikaler Richtung) . Dadurch ist es möglich, Wärme schnell vom Kern des Kühlkörpers in radialer Richtung The cooling fins 9 are arranged uniformly around the circumference of the core 6. The radial extent of the cooling ribs is greater than the axial extent of the cooling ribs (in the exemplary embodiment the cooling ribs extend axially in the vertical direction). This makes it possible to quickly remove heat from the core of the heat sink in the radial direction
abzuführen. Die axiale Erstreckung der Kühlrippen entspricht im Ausführungsbeispiel der axialen Erstreckung des Kerns. Mit anderen Worten weisen die Kühlrippen und der Kern die gleiche Höhe auf. Im Ausführungsbeispiel ist der äußere Durchmesser des Kühlkörpers 1 in etwa mindestens dreimal so groß wie der Durchmesser des Kerns 6. Insbesondere kann der äußere Durchmesser des Kühlkörpers 1 zwischen dreimal und fünfmal so groß sein wie der Durchmesser des Kerns 6. discharge. The axial extension of the cooling ribs corresponds in the exemplary embodiment to the axial extension of the core. In other words, the cooling fins and the core have the same height. In the exemplary embodiment, the outer diameter of the heat sink 1 is approximately at least three times as large as the diameter of the core 6. In particular, the outer The diameter of the heat sink 1 should be between three and five times as large as the diameter of the core 6.
Der Kern 6 weist eine ebene Grundfläche und eine ebene The core 6 has a flat base and a flat
Deckfläche auf (im Ausführungsbeispiel ist nur die ebene Deckfläche des Kerns 6 zu sehen) . Dabei handelt es sich um eine ebene kreisförmige Grundfläche und eine ebene Top surface (in the embodiment, only the flat top surface of the core 6 can be seen). This is a flat circular base and a flat
kreisförmige Deckfläche. Der Kern ist im Beispiel ein circular top surface. The core in the example is a
kreiszylinderförmiger Kern, dessen Grundfläche und Deckfläche zueinander parallel angeordnet sind. circular cylindrical core whose base and top surface are arranged parallel to one another.
In Figur 2 ist in einer halbtransparenten Darstellung ein Ausschnitt des Kühlkörpers 1 dargestellt. Figur 2 zeigt von dem Kühlkörper 1 lediglich den zylindrischen Kern 6 sowie eine einzelne Kühlrippe 9. In FIG. 2, a section of the heat sink 1 is shown in a semi-transparent illustration. FIG. 2 shows only the cylindrical core 6 and a single cooling fin 9 of the cooling body 1.
Gut zu erkennen ist die Grundfläche 203, die Deckfläche 206 sowie die Mantelfläche 209 des zylindrischen Kerns 6. Die Mantelfläche 209 beschreibt den Umfang des zylindrischen Kerns 6. An der Mantelfläche 209 sind die einzelnen The base surface 203, the top surface 206 and the jacket surface 209 of the cylindrical core 6 can be clearly seen. The jacket surface 209 describes the circumference of the cylindrical core 6. The individual surfaces are on the jacket surface 209
Kühlrippen 9 angeordnet. Die Grundfläche 203 und die Cooling fins 9 arranged. The base 203 and the
Deckfläche 206 sind jeweils als eine ebene Grundfläche und eine ebene Deckfläche ausgestaltet. Die kreisförmige Top surface 206 are each configured as a flat base surface and a flat top surface. The circular
Grundfläche 203 und die kreisförmige Deckfläche 206 sind parallel zueinander angeordnet. Die Grundfläche 203 und die Deckfläche 206 stellen jeweils eine Kontaktfläche für eines der elektronischen Bauelemente dar, die mittels des The base 203 and the circular top surface 206 are arranged parallel to one another. The base area 203 and the top area 206 each represent a contact area for one of the electronic components, which by means of the
Kühlkörpers gekühlt werden. Die radiale Erstreckung 212 der einzelnen Kühlrippen 9 ist größer als die axiale Erstreckung 215 der Kühlrippen. Mit anderen Worten ist die maximale radiale Ausdehnung 212 der Kühlrippen 9 größer als die maximale axiale Ausdehnung 215 der Kühlrippen 9. Weiterhin entspricht die axiale Erstreckung 215 der Kühlrippen 9 der axialen Erstreckung des Kerns 6. Mit anderen Worten sind also die einzelnen Kühlrippen so hoch wie der Kern 6. Die axiale Erstreckung 215 der Kühlrippen 9 ist größer als die Heat sink to be cooled. The radial extension 212 of the individual cooling fins 9 is greater than the axial extension 215 of the cooling fins. In other words, the maximum radial extension 212 of the cooling fins 9 is greater than the maximum axial extension 215 of the cooling fins 9. Furthermore, the axial extension 215 of the cooling fins 9 corresponds to the axial extension of the core 6. In other words, the individual cooling fins are as high as the core 6. The axial extension 215 of the cooling fins 9 is greater than that
tangentiale Erstreckung 218 der Kühlrippen 9. Durch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltung weisen die Kühlrippen eine große Oberfläche auf, so dass mittels der Kühlrippen eine große Wärmemenge von dem Kern 6 (und damit von dem thermisch an den Kern 6 angekoppelten elektronischen tangential extension 218 of the cooling ribs 9. Due to the configuration described above, the cooling ribs has a large surface, so that by means of the cooling fins a large amount of heat from the core 6 (and thus from the electronic
Bauelement) abgeführt werden kann. Component) can be discharged.
Der Kühlkörper 1 ist elektrisch leitfähig. Er besteht aus einem Metall, beispielsweise aus Kupfer oder aus Aluminium. Damit weist der Kühlkörper sowohl eine gute elektrische The heat sink 1 is electrically conductive. It consists of a metal, for example copper or aluminum. Thus, the heat sink has both a good electrical
Leitfähigkeit auf als auch eine gute Wärmeleitfähigkeit. Conductivity as well as good thermal conductivity.
In Figur 2 ist gut zu erkennen, dass die Kühlrippen 9 eine in axialer Richtung ebene Oberfläche 221 aufweisen. Auch die (innere) Oberfläche der Ausnehmung 12 ist in axialer Richtung eben. Die genannten Oberflächen sind auch in radialer It can be clearly seen in FIG. 2 that the cooling ribs 9 have a surface 221 which is flat in the axial direction. The (inner) surface of the recess 12 is also flat in the axial direction. The surfaces mentioned are also in radial
Richtung eben. Dies korrespondiert mit der im Wesentlichen quaderförmigen bzw. hohlquaderförmigen Ausgestaltung der Kühlrippen 9. Just direction. This corresponds to the essentially cuboid or hollow cuboid configuration of the cooling fins 9.
In Figur 3 ist der Kühlkörper 1 mit einem an dem Kühlkörper angeordneten elektronischen Bauelement 303 dargestellt. Das elektronische Bauelement 303 ist ein kreiszylinderförmiges Bauelement 303, diese Bauform wird auch als Scheibenzelle bezeichnet. Das Bauelement 303 liegt an dem Kern 6 des In Figure 3, the heat sink 1 is shown with an electronic component 303 arranged on the heat sink. The electronic component 303 is a circular-cylindrical component 303; this design is also referred to as a disk cell. The component 303 lies on the core 6 of the
Kühlkörpers an, dabei steht die ebene kreisförmige Heatsink on, the flat circular one
Grundfläche des elektrischen Bauelements 303 in einem Base area of the electrical component 303 in one
elektrischen und thermischen Kontakt mit der ebenen electrical and thermal contact with the plane
kreisförmigen Deckfläche des Kerns 6 des Kühlkörpers. Dadurch wird sowohl ein guter thermischer Übergang (Wärmeübergang) zwischen dem elektrischen Bauelement 303 und dem Kühlkörper 1 erreicht als auch eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Bauelement 303 und dem Kühlkörper 1. Die Grundfläche des Bauelements 303 stellt einen elektrischen Anschluss des circular top surface of the core 6 of the heat sink. This achieves both a good thermal transition (heat transfer) between the electrical component 303 and the heat sink 1 and a good electrical connection between the component 303 and the heat sink 1. The base of the component 303 provides an electrical connection to the
Bauelements dar; die Deckfläche des Bauelements 303 stellt einen zweiten elektrischen Anschluss des Bauelements 303 dar. Bei dem elektronischen Bauelement 303 kann es sich um ein leistungselektronisches Halbleiterbauelement handeln, wie beispielsweise eine Diode, einen Thyristor oder einen IGBT ( insulated-gate bipolar transistor) . In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung 400 mit mehreren Kühlkörpern la, lb, lc, ... ln und mehreren elektronischen Bauelementen 303a, 303b, 303c, ... 303 (n-1) dargestellt. Dabei sind die elektrischen Bauelemente 303a, 303b, ... 303 (n-1) jeweils zwischen den einzelnen Kühlkörpern la, lb, ... ln angeordnet und werden in der Darstellung der Figur 4 von den Kühlrippen der Kühlkörper 1 größtenteils verdeckt. Dadurch sind die Bauelemente 303 in der Figur 4 nicht oder kaum sichtbar. Component represents; the top surface of the component 303 represents a second electrical connection of the component 303. The electronic component 303 can be a power electronic semiconductor component, such as a diode, a thyristor or an IGBT (insulated-gate bipolar transistor). FIG. 4 shows an exemplary embodiment of an arrangement 400 with a plurality of heat sinks 1 a, 1 b, 1 c,... Ln and a plurality of electronic components 303a, 303b, 303c, ... 303 (n-1). The electrical components 303a, 303b, ... 303 (n-1) are each arranged between the individual heat sinks la, lb, ... ln and are largely covered by the cooling fins of the heat sinks 1 in the illustration in FIG. As a result, the components 303 are not or barely visible in FIG.
Zwischen jeweils zwei Kühlkörpern ist ein elektronisches Bauelement angeordnet. Die Kühlkörper und die elektronischen Bauelemente sind also abwechselnd angeordnet. Beispielsweise ist zwischen dem ersten Kühlkörper la und dem zweiten An electronic component is arranged between each two heat sinks. The heat sinks and the electronic components are therefore arranged alternately. For example, between the first heat sink la and the second
Kühlkörper lb das erste elektronische Bauelement 303a Heat sink lb the first electronic component 303a
angeordnet. Zwischen dem zweiten Kühlkörper lb und dem dritten Kühlkörper lc ist das zweite elektronische Bauelement 303b angeordnet, usw. arranged. The second electronic component 303b is arranged between the second heat sink lb and the third heat sink lc, etc.
Die Kühlkörper la, lb, lc, ... ln und die elektronischen The heat sinks la, lb, lc, ... ln and the electronic
Bauelementen 303a, 303b, 303c, ... 303 (n-1) bilden eine Components 303a, 303b, 303c, ... 303 (n-1) form one
elektrische Reihenschaltung. Dabei sind die Bauelemente 303 jeweils zwischen den zylindrischen Kernen 6 zweier electrical series connection. The components 303 are each between the cylindrical cores 6 of two
benachbarter Kühlkörper 1 angeordnet. Die Kühlkörper 1 und die Bauelemente 303 sind mechanisch gegeneinander verspannt. Die Kühlkörper 1 und die Bauelemente 303 bilden insbesondere einen Spannverband. Die Spanneinrichtung selbst ist in der Figur 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. adjacent heat sink 1 arranged. The heat sinks 1 and the components 303 are mechanically braced against one another. The heat sinks 1 and the components 303 in particular form a tensioning association. The clamping device itself is not shown in FIG. 4 for reasons of clarity.
Bei zwei aufeinanderfolgenden Kühlkörpern sind die Kühlrippen 9 zueinander versetzt angeordnet. Beispielsweise sind die Kühlrippen des Kühlkörpers la versetzt angeordnet zu den Kühlrippen des Kühlkörpers lb. Die Kühlrippen der Kühlkörper la und lb sind also in axialer Richtung nichtfluchtend zueinander angeordnet. Je zwei aufeinanderfolgende Kühlkörper sind im Ausführungsbeispiel um einen Drehwinkel/Umfangswinkel gegeneinander verdreht angeordnet, insbesondere sind jeweils zwei aufeinanderfolgende Kühlkörper um denselben Drehwinkel/Umfangswinkel gegeneinander verdreht angeordnet.In the case of two successive heat sinks, the cooling fins 9 are arranged offset from one another. For example, the cooling fins of the heat sink la are arranged offset from the cooling fins of the heat sink lb. The cooling fins of the heat sinks la and lb are therefore not aligned with one another in the axial direction. In the exemplary embodiment, two successive heat sinks are arranged rotated relative to one another by an angle of rotation / circumferential angle; two successive heat sinks arranged rotated against each other by the same angle of rotation / circumferential angle.
Im Ausführungsbeispiel beträgt dieser In the exemplary embodiment this is
Drehwinkel/Umfangswinkel 5,625°. Dieser Winkel entspricht im Beispiel dem halben Winkel zwischen zwei benachbarten Rotation angle / circumference angle 5.625 °. In the example, this angle corresponds to half the angle between two adjacent ones
Kühlrippen eines Kühlkörpers. Daraus folgt, dass der dritte Kühlkörper lc wieder identisch ausgerichtet ist wie der erste Kühlkörper la. Mit anderen Worten sind die Kühlrippen des dritten Kühlkörpers lc identisch ausgerichtet zu den Cooling fins of a heat sink. It follows from this that the third heat sink lc is again aligned identically to the first heat sink la. In other words, the cooling fins of the third heat sink lc are aligned identically to the
Kühlrippen des ersten Kühlkörpers la. Bei einer versetzten Anordnung der Kühlrippen tritt vorteilhafterweise nur ein geringer Strömungswiderstand auf, insbesondere bei viskosen Kühlfluiden . Cooling fins of the first heat sink la. With a staggered arrangement of the cooling fins, there is advantageously only a low flow resistance, in particular with viscous cooling fluids.
Mittels senkrechter, von unten nach oben weisender Pfeile ist schematisch das die Anordnung durchströmende Kühlfluid dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass das Kühlfluid sowohl geradlinig durch die Ausnehmungen 12 der Kühlrippen 9 hindurchströmen kann, dies ist durch geradlinige Pfeile symbolisiert. Zusätzlich kann das Kühlmittel auch um die einzelnen Kühlrippen 9 herum strömen, was durch die The cooling fluid flowing through the arrangement is shown schematically by means of vertical arrows pointing from bottom to top. It can be seen here that the cooling fluid can flow straight through the recesses 12 of the cooling fins 9, this is symbolized by straight arrows. In addition, the coolant can also flow around the individual cooling fins 9, which is achieved through the
verschwenkten Pfeile symbolisiert ist. Das Kühlfluid strömt im Ausführungsbeispiel in axialer Richtung (die in der swiveled arrows is symbolized. In the exemplary embodiment, the cooling fluid flows in the axial direction (which is shown in FIG
Darstellung der Figur 4 der vertikalen Richtung entspricht) durch die Anordnung 400 hindurch und an der Anordnung 400 vorbei . The representation in FIG. 4 corresponds to the vertical direction) through the arrangement 400 and past the arrangement 400.
Es wurde ein Kühlkörper, eine Anordnung und ein Verfahren beschrieben, mit denen große Wärmemengen von einem A heat sink, an arrangement and a method have been described by means of which large amounts of heat are removed from a
elektronischen Bauelement (insbesondere einem electronic component (especially a
leistungselektronischen Bauelement) abgeführt werden können. Der Kühlkörper, die Anordnung und das Verfahren sind power electronic component) can be discharged. The heat sink, arrangement and procedure are
insbesondere vorteilhaft anwendbar bei Hochspannungsanlagen wie beispielsweise Hochspannungsstromrichtern. Bei solchen Stromrichtern können insbesondere die elektronischen particularly advantageously applicable to high-voltage systems such as high-voltage power converters. In such converters, in particular the electronic
Bauelemente in Reihe geschaltet sein (Stackaufbau) und mittels eines flüssigen Isoliermediums (beispielsweise eines synthetischen Esthers) elektrisch isoliert sein. Dieses flüssige Isoliermedium kann vorteilhafterweise gleichzeitig als ein flüssiges Kühlfluid eingesetzt sein, da solche flüssige Isoliermedien häufig auch eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweisen und sich daher gleichzeitig als Kühlfluid eignen. Dieses Kühlfluid strömt an den in Reihe geschalteten elektronischen Bauelementen („Stack") vorbei und kühlt die Bauelemente. Mittels des beschriebenen Kühlkörpers und der beschriebenen Anordnung kann diese Kühlung besonders effektiv erfolgen. Components can be connected in series (stack structure) and electrically insulated by means of a liquid insulating medium (for example a synthetic ester). This Liquid insulating medium can advantageously be used at the same time as a liquid cooling fluid, since such liquid insulating media often also have a high specific heat capacity and are therefore also suitable as cooling fluid. This cooling fluid flows past the electronic components (“stack”) connected in series and cools the components. This cooling can take place particularly effectively by means of the described heat sink and the described arrangement.
Eine hohe Kühlwirkung wird erreicht durch in axialer Richtung ebene/flache Kühlrippen mit einer vergleichsweise großen Oberfläche. Diese Kühlrippen sind an dem zylindrischen Kern 6 befestigt. Der Kern 6 ermöglicht eine ausreichende A high cooling effect is achieved by means of cooling ribs that are planar / flat in the axial direction and have a comparatively large surface. These cooling fins are attached to the cylindrical core 6. The core 6 allows sufficient
Stromtragfähigkeit des Kühlkörpers. Die Kühlrippen sind umlaufend an dem gesamten (kreisförmigen) Umfang der Current carrying capacity of the heat sink. The cooling fins run around the entire (circular) circumference of the
Mantelfläche des Zylinderkerns 6 angeordnet, so dass die Mantelfläche gleichmäßig mit Kühlrippen versehen ist. The outer surface of the cylinder core 6 is arranged so that the outer surface is evenly provided with cooling fins.
Beispielsweise können an der Mantelfläche des Kerns 32 For example, on the jacket surface of the core 32
Kühlrippen im Abstand von jeweils 11,25° angeordnet sein. Die Kühlrippen sind in axialer Richtung ausgehöhlt, dadurch wird die effektive Oberfläche der einzelnen Kühlrippen vergrößert und es wird eine innere Durchströmung der Kühlrippen mit dem Kühlfluid (das insbesondere gleichzeitig das flüssige Cooling fins can be arranged at a distance of 11.25 °. The cooling fins are hollowed out in the axial direction, thereby increasing the effective surface of the individual cooling fins and the cooling fins flow through them internally with the cooling fluid (in particular, the liquid
Isoliermedium ist) ermöglicht. Eine leichte Rotation der aufeinanderfolgenden Kühlkörper der Anordnung gegeneinander weist den Vorteil auf, dass die Durchströmung der Anordnung mit dem Kühlfluid verbessert wird. Isolation medium is) enabled. A slight rotation of the successive cooling bodies of the arrangement against one another has the advantage that the flow of the cooling fluid through the arrangement is improved.
Die beschriebene Lösung ermöglicht es, die elektronischen Bauelemente einfach und kostengünstig zu kühlen (robuste Lösung) . Auf weiterführende Maßnahmen wie beispielsweise eine gezielte Kühlung einzelner elektronischer Bauelemente (zum Beispiel mit in den Bauelementen angeordneten Kühlkanälen) kann vorteilhafterweise verzichtet werden. Der Kühlkörper, die Anordnung und das Verfahren lassen sich The solution described makes it possible to cool the electronic components easily and inexpensively (robust solution). Further measures, such as targeted cooling of individual electronic components (for example with cooling channels arranged in the components) can advantageously be dispensed with. The heat sink, the arrangement and the method can be
vorteilhafterweise in Anlagen einsetzen, bei denen die elektrischen Bauelemente in geschlossenen/gekapselten Anlageteilen (zum Beispiel in Tanks) angeordnet sind. Ein Beispiel für eine derartige Anlage ist in der Patentanmeldung mit dem amtlichen Anmeldeaktenzeichen PCT/EP2017 / 079863 offenbart . Use advantageously in systems in which the electrical components in closed / encapsulated Plant parts (for example in tanks) are arranged. An example of such a system is disclosed in the patent application with the official application number PCT / EP2017 / 079863.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Kühlkörper (1) zum Kühlen eines elektronischen Bauelements (303) mit einem zylindrischen Kern (6), an dem eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Kühlrippen (9) angeordnet sind, wobei die Kühlrippen (9) in axialer Richtung (3) eine 1. Heat sink (1) for cooling an electronic component (303) with a cylindrical core (6) on which a plurality of radially extending cooling fins (9) are arranged, wherein the cooling fins (9) in the axial direction (3) a
Ausnehmung (12) aufweisen. Have recess (12).
2. Kühlkörper nach Anspruch 1, 2. Heat sink according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
- die Ausnehmung (12) eine Durchgangsöffnung bildet, - the recess (12) forms a through opening,
insbesondere eine sich in axialer Richtung erstreckende in particular one that extends in the axial direction
Durchgangsöffnung . Through opening.
3. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, 3. Heat sink according to claim 1 or 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
- die Kühlrippen (9) eine in axialer Richtung ebene - The cooling fins (9) are flat in the axial direction
Oberfläche (221) aufweisen. Have surface (221).
4. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 4. Heat sink according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- die Kühlrippen (9) jeweils eine im Wesentlichen - The cooling fins (9) each one essentially
quaderförmige Außenkontur aufweisen. Have cuboid outer contour.
5. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 5. Heat sink according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- die Kühlrippen (9) rahmenförmige Kühlrippen sind. - the cooling fins (9) are frame-shaped cooling fins.
6. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 6. Heat sink according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- die Kühlrippen (9) in radialer Richtung als - The cooling fins (9) in the radial direction as
Querschnittsfläche zwei zueinander parallele Streifen Cross-sectional area of two parallel strips
aufweisen, welche die Ausnehmung (12) begrenzen. have which limit the recess (12).
7. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 7. Heat sink according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- die Ausnehmung (12) in axialer Richtung eine rechteckige Querschnittsfläche aufweist und/oder die Ausnehmung (12) in radialer Richtung eine rechteckige Querschnittsfläche aufweist . - The recess (12) has a rectangular cross-sectional area in the axial direction and / or the recess (12) in radial direction has a rectangular cross-sectional area.
8. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 8. Heat sink according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- die Kühlrippen (9) gleichmäßig um den Umfang (209) des Kerns (6) verteilt angeordnet sind. - The cooling fins (9) are evenly distributed around the circumference (209) of the core (6).
9. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 9. Heat sink according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- die radiale Erstreckung (212) der Kühlrippen (9) größer ist als die axiale Erstreckung (215) der Kühlrippen (9) . - The radial extension (212) of the cooling ribs (9) is greater than the axial extension (215) of the cooling ribs (9).
10. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 10. Heat sink according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- die axiale Erstreckung (215) der Kühlrippen (9) größer ist als die tangentiale Erstreckung (218) der Kühlrippen. - The axial extension (215) of the cooling ribs (9) is greater than the tangential extension (218) of the cooling ribs.
11. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 11. Heat sink according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- die axiale Erstreckung (215) der Kühlrippen (9) im - The axial extension (215) of the cooling ribs (9) in the
Wesentlichen der axialen Erstreckung des Kerns (6) Essentially the axial extension of the core (6)
entspricht . corresponds.
12. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 12. Heat sink according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- der Kern (6) eine ebene Grundfläche (203) und/oder eine ebene Deckfläche (206) aufweist, insbesondere eine ebene kreisförmige Grundfläche (203) und/oder eine ebene - The core (6) has a flat base surface (203) and / or a flat top surface (206), in particular a flat circular base surface (203) and / or a flat one
kreisförmige Deckfläche (206). circular top surface (206).
13. Anordnung (400) mit mehreren Kühlkörpern (la, lb, lc, ... ln) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit mehreren elektronischen Bauelementen (303a, 303b, 303c, ... 303 (n-1)), bei der die Kühlkörper und die Bauelemente abwechselnd angeordnet sind. 13. Arrangement (400) with several heat sinks (la, lb, lc, ... ln) according to one of the preceding claims and with several electronic components (303a, 303b, 303c, ... 303 (n-1)), at which the heat sinks and the components are arranged alternately.
14. Anordnung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 14. Arrangement according to claim 13, characterized in that
- die Bauelemente (303a) jeweils zwischen den zylindrischen Kernen (6) zweier Kühlkörper (la, lb) angeordnet sind. - The components (303a) are each arranged between the cylindrical cores (6) of two heat sinks (la, lb).
15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, 15. Arrangement according to claim 13 or 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
- die Kühlkörper (la, lb, lc, ... ln) und die Bauelemente - the heat sinks (la, lb, lc, ... ln) and the components
(303a, 303b, 303c, ... 303 (n-1)) gegeneinander verspannt sind. (303a, 303b, 303c, ... 303 (n-1)) are braced against each other.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, 16. Arrangement according to one of claims 13 to 15,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
- bei zwei aufeinanderfolgenden Kühlkörpern (la, lb) die Kühlrippen (9) der beiden Kühlkörper zueinander versetzt angeordnet sind. - In the case of two successive heat sinks (la, lb), the cooling fins (9) of the two heat sinks are arranged offset to one another.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, 17. Arrangement according to one of claims 13 to 16,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
- zwei aufeinanderfolgende Kühlkörper (la, lb) um einen - two successive heat sinks (la, lb) around one
Drehwinkel gegeneinander verdreht angeordnet sind. Rotation angles are arranged rotated against each other.
18. Verfahren zum Kühlen eines elektronischen Bauelements (303) mittels mindestens eines Kühlkörpers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12. 18. A method for cooling an electronic component (303) by means of at least one heat sink (1) according to one of claims 1 to 12.
19. Verfahren nach Anspruch 18, 19. The method according to claim 18,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
- mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Bauelemente (303a, 303b, 303c, ... 303 (n-1)) gekühlt werden, wobei jeweils eines der Bauelemente zwischen zweien der Kühlkörper (la, lb, lc, ... ln) angeordnet ist. - several components (303a, 303b, 303c, ... 303 (n-1)) connected electrically in series are cooled, one of the components being arranged between two of the heat sinks (la, lb, lc, ... ln) .
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