WO2025201608A1

WO2025201608A1 - Powermodul mit kühlstruktur und dichtungsmembran zum schutz des powermoduls vor auf korrosion zurückzuführenden ausfall

Info

Publication number: WO2025201608A1
Application number: PCT/DE2025/100313
Authority: WO
Inventors: Enno Schmitt; Christoph Karl
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2024-03-27
Filing date: 2025-03-26
Publication date: 2025-10-02
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: DE102025111735A1; DE102025111735B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Powermodul (1) mit einer Kühlstruktur (3) zum Anbringen auf einer Oberfläche eines Gehäuses (2), wobei eine Dichtung (5) zur Zwischenlage zwischen dem Powermodul (1) und dem Gehäuse (2) vorgesehen ist, die wiederum zum Verhindern eines ungewollten Kühlmittelstroms (4) vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung ebenfalls einen Wechselrichter mit einem Powermodul (1), dass unter Zwischenlage der Membran (6) der Dichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf der Oberfläche eines Gehäuses (2) befestigt ist.

Description

Beschreibung

Bezeichnung der Erfindung

POWERMODUL MIT KÜHLSTRUKTUR UND DICHTUNGSMEMBRAN ZUM SCHUTZ DES POWERMODULS VOR AUF KORROSION ZURÜCKZUFÜHRENDEN AUSFALL

Gebiet der Technik

Die Erfindung betrifft ein Powermodul mit einer Kühlstruktur zum Anbringen auf einer Gehäuseoberfläche, wobei eine Dichtung zur Zwischenlage zwischen dem Powermodul und dem Gehäuse vorgesehen ist, die den ungewollten Kühlmittelstrom verhindert.

Stand der Technik

Powermodule sind zentrale leistungstechnische Komponenten in Invertern von Elektrofahrzeugen (PKWs, LKWs und anderen Nutzfahrzeugen bzw. NFZs). Inverter stellen dabei die zentrale Einheit zwischen dem Motor (Generator) und der Batterie dar, indem sie sowohl regulatorische und steuerungstechnische als auch die Spannungswandlung betreffende Funktionen erfüllen. Letzteren zuzurechnen sind insbesondere die Wandlung der vom Motor übertragenen Wechsel- in Gleichspannung beim Bremsen des Elektrofahrzeugs als notwendigen Schritt für die Speicherung der Energie in der Batterie sowie die umgekehrten Schritte für die Rückumwandlung beim Antrieb des Elektromotors. Die Powermodule beinhalten Transistoren für eine Inverterschaltung als leistungselektronische Komponenten. Diesen zuzurechnen sind als Unterart der Transistoren insbesondere Metalloxid- Halbleiter-Feldeffekttransistoren (engl. „Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect- Transistor“, kurz: MOSFET), die in zahlreichen technischen Anwendungen weitreichenden Einsatz finden. Aufgrund der zentralen Funktion der MOSFETs der Inverterschaltung ist es von wesentlicher Bedeutung deren Langlebigkeit sicherzustellen. Der technische Wirkungsgrad von Halbleiterbauelementen, wie MOSFETs, ist aufgrund von Wandlungsverlusten in der Regel begrenzt. Für die Verlustleistung sind thermische Energieverluste (Verlustwärme) wesentlich. Die an den MOSFETs und damit im Powermodul entstehende Wärme ist abzuführen, da die maximale Betriebstemperatur der MOSFETs (matenalphysikalisch über die Höhe der maximal zulässigen Sperrschichttemperatur) begrenzt ist. Wird die zulässige Betriebstemperatur kurzfristig weit oder längerfristig überschritten, kann der MOSFET zerstört werden. Die Sperrschichttemperatur bezeichnet hierbei die Temperatur des Halbleitermatenals im Inneren des MOSFETs und ist abhängig von der spezifischen Verlustleistung des MOSFETs. Ein Anstieg der Sperrschichttemperatur ist direkt proportional zu der abgegebenen Verlustwärme und zu dem thermischen Widerstand. Sobald das MOSFET mit Strom betrieben wird, erhöht sich die Sperrschichttemperatur des MOSFETs.

Eine industrietechnische Lösung zur Abfuhr der Verlustwärme von MOSFETs stellen Kühlstrukturen an Powermodulen dar, die unterschiedliche Bauformen aufweisen und die Verlustwärme von MOSFETs zunächst leitend abführen und daher in der Regel aus einem Material mit hohem Wärmeleitfähigkeitskoeffizient, wie Kupfer, gefertigt sind. Der Wärmeabtransport von der leitfähigen Kühlstruktur des Powermoduls erfolgt in fahrzeugtechnischen Anwendungen oftmals über einen Kühlkreislauf, der die Wärme konvektiv über Kühlmittel von der Kühlstruktur abführt. Der Kühlkreislauf befindet sich bei Powermodulen meist / üblicherweise an der Unterseite und gegebenenfalls zusätzlich an der Oberseite und wird mit einer Dichtung um die Kühlstruktur des Powermoduls abgedichtet. Das Gehäuse, auf dem das Powermodul aufgebracht ist, ist in der Regel aus Aluminium gefertigt.

Einen industrietechnischen Standard für die Kühlung stellt aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit von Wasser im Vergleich zu beispielsweise Umgebungsluft eine Wasserkühlung der Kühlstruktur dar, wobei im Zusammenhang mit PKWs / LKWs trotz eines geringeren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten unter insbesondere Frostschutzgründen Wasser-Glykol-Mischungen mit unterschiedlichen Zusätzen an Additiven als Kühlmittel in den Kühlkreisläufen eingesetzt werden. Die aus Kupfer gefertigte Kühlstruktur des Powermoduls weist konstruktiv einen in der Regel nur geringen Abstand / Spalt von ca. 0,05 bis 0,3 mm vom Aluminiumgehäuse auf. Aufgrund der unterschiedlichen elektrochemischen Potentiale von Kupfer und Aluminium (der Potentialdifferenz) tritt durch das die Oberflächen verbindende Kühlmittel im Spalt, das als Elektrolyt wirkt und damit den lonentransport zwischen den Oberflächen ermöglicht, elektrochemische / elektrolytische Korrosion auf. Aufgrund einem gegenüber dem elektrochemischen Potenzial des Kupfers geringerem elektrochemischem Potential des Aluminiums, korrodiert die Oberfläche des Aluminiumgehäuses unter lonenabgabe. Das Aluminiumgehäuse wird infolge dieses Vorgangs lokal zersetzt. Dabei bildet sich typischerweise die Struktur der Kühlkanäle als korrodierte Struktur der Kühlkanäle als korrodierte Oberfläche an der Gegenfläche im Gehäuse ab. Durch die dem Kühlmittel zugesetzten Additive, erfolgt eine Ausfällung von Gel an korrodierten Stellen. Dieser Ablagerungsmechanismus kann zu einem Zusetzen der Kühlstruktur des Powermoduls führen (sog. Vergelung des Powermoduls / Inverters) und damit in letzter Konsequenz eine Überhitzung des Powermoduls infolge des ganz oder nur teilweise unterbundenen Kühlmittelstroms um die Kühlstruktur und einen daraus resultierenden Ausfall des Powermoduls bedingen. Aufgrund der zentralen Bedeutung des Powermoduls und der beinhalteten Inverter für den Antrieb von insbesondere Elektrofahrzeugen gilt es eine Lösung für die miteinander verknüpften Probleme der korrosiven Zersetzung des Gehäuses und des Zusetzens der Kühlstruktur infolge der Vergelung im Bereich korrodierten Gehäuses zu finden.

Zusammenfassung der Erfindung

Technische Aufgabe

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden oder wenigstens zu mildern.

Technische Lösung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Bei einem Powermodul ist für eine Dichtung, die zur Zwischenlage zwischen dem Powermodul und dem Gehäuse vorgesehen ist, ergänzend eine Membran vorgesehen, die zur Zwischenlage zwischen dem Gehäuse und der Powermodulkühlstruktur bestimmt ist.

Der Inverter / das Powermodul einschließlich der vorgesehenen Kühlstruktur sowie das Aluminiumgehäuse wird vor Zerstörung geschützt und gleichzeitig (über den Wärmeabtransport von der Kühlstruktur für) werden lange Betriebszeiten bei vollständiger Funktionalität gewährleistet.

Man könnte auch sagen, dass die Korrosionsvorgänge (über den Spalt) zwischen der Kühlstruktur und dem Aluminiumgehäuse durch die Membran im eingebauten Zustand unterbunden werden und das Aluminiumgehäuse nicht korrodiert. Trotz eines fortwährend möglichen Abtransports der Wärme von der Kühlstruktur, werden die Oberflächen der Kühlstruktur und des Gehäuses mit den unterschiedlichen elektrochemischen Potenzialen durch die zwischenliegende Membran nicht mehr / nur noch teilweise durch Kühlmittel leitend miteinander verbunden. Aufgrund der vollständigen oder überwiegenden Abschirmung des Aluminiumgehäuses treten keine Ausfällungen / Ablagerungen von Gel als Folge der dem Kühlmittel zugesetzten Additive an Stellen des Aluminiumgehäuses im Bereich der Kühlstruktur auf. Durch die Membran wird damit in letzter Konsequenz erfindungsgemäß ein Überhitzen, ein Versagen sowie Fehlfunktionen des Powermoduls aufgrund des durch Gelablagerungen ganz oder teilweise unterbundenen Kühlmittelstroms um die Kühlstruktur verhindert.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachstehend näher erläutert.

Es ist von Vorteil, dass eine der Kühlstruktur zugewandte Grenzfläche der Membran überwiegend oder überall an der Kühlstruktur anliegt. Durch diese Form der Anordnung ist es möglich, dass das Gehäuse vom Kühlmittel getrennt ist und das Kühlmittel lediglich in Bereichen in Kontakt mit dem Gehäuse kommt, in denen es dem Kühlkreislauf entsprechend für die Zuführung des Kühlmittels zur Kühlstruktur oder zur Abführung des Kühlmittels von der Kühlstruktur erforderlich ist. Durch die Abdichtung des Gehäuses gegenüber dem Kühlmittel ist eine verbesserte Ausnutzung des Kühlmittelstroms realisierbar. Im Bereich der gehäuseseitigen Auflagefläche der Dichtung ist eine Tasche im Sinne einer Vertiefung von ca. 1 mm vorzusehen, um die Dichtung während der Montage prozesssicher und im Betrieb gegen ein Verrutschen geschützt zu positionieren. Für die Langlebigkeit der Dichtung ist es weiterhin vorteilhaft, dass die Kühlstruktur des Powermoduls abgerundet oder zumindest nicht scharfkantig ist, um der Beschädigung der Dichtung im Betrieb an dem Übergang von / der Nahtstelle zwischen der Membran und dem Rahmen / Ring entgegenzuwirken.

Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Dichtung einen Rahmen / Ring besitzt, innerhalb dessen die Membran angeordnet ist. Auf dieses Weise ist die Position für die Membran sowohl während der Montage wie auch im Betrieb festgelegt. Darüber hinaus kann die Membran während der Herstellung der Dichtung einfach im Spritzwerkzeug integriert werden. Die Zusatzkosten für die Herstellung der Dichtung sind damit vorteilhaft gering. Im Hinblick auf die Fertigung ist es zudem vorteilhaft die Dichtung gegenüber dem Stand der Technik zu verbreitern. Durch die verbreiterte Dichtung kann die Membran in einer der Dichtlippen übergehen, wodurch die Herstellbarkeit vorteilhaft gewährleistet ist. Durch die Ausführung mit einer weiteren, von der Membran separierten Dichtlippe, bleibt die Dichtfunktion erhalten. Durch die Stütze auf die oberen zwei Dichtlippen und auf die unter Dichtlippe und die Membran, kann die Verdrillung der Dichtung unter Belastung verhindert werden. Dies zeigt sich vorteilhaft im Hinblick darauf, dass auf diese Weise die Dichtung langfristig die vorgesehene Funktion erfüllen kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der rechteckige Rahmen / Ring vier Schenkel besitzt, von denen zumindest zwei Schenkel über die Membran verbunden sind. Durch diese Ausgestaltungsform lässt sich eine vorteilhafte Abdichtung des Gehäuses gegenüber dem Kühlmittel realisieren, da im Bereich zwischen den zumindest zwei Schenkeln keine freien Übergänge zwischen Membran und dem Rahmen / Ring der Dichtung vorhanden sind.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass zwischen dem Rahmen / Ring und der Membran ein Langloch existiert oder zwischen zwei Schenkeln des Rahmens / Rings und der Membran zwei gleich ausgerichtete und identisch gestaltete Langlöcher vorhanden sind. Über die Langlöcher ist die Zuführung des Kühlmittels von den Kühlkanälen in dem Aluminiumgehäuse zu der Kühlstruktur des Powermoduls während des Betriebs und prozesssicher möglich. Ein kontinuierlicher Zu- und Abstrom des Kühlmittels kann erfolgen. Dies ist im Hinblick auf die kontinuierliche Wärmeabfuhr vorteilhaft, die notwendig ist, um die Betriebstemperatur der MOSFETs in einem Bereich zu halten in dem der langfristige Betrieb des Powermoduls möglich ist. Aus Toleranzgründen ist es dabei vorteilhaft, dass die Langlöcher der Dichtung etwas größer sind als die Kühlmittelöffnungen und die Ränder der Kühlmittelöffnungen damit etwas freigestellt sind. Dieser Vorteil zeigt sich größer als der Nachteil, dass ein kleiner Teil der Gehäuseoberfläche nicht gegen Korrosion geschützt ist.

Darüber hinaus zeigt sich durch die Langlöcher und die in vorteilhafter Wiese rechteckige Ausgestaltung der Dichtung / der Dichtungen mit zumeist annährend gleichlangen Seiten die Montage vorteilhaft vereinfacht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Positionierung und Ausrichtung der rechteckigen Dichtungen während der Montage sicher von Kameraprüfungen oder manuell erkannt werden kann.

Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass die Dichtung aus elastischem und / oder nachgiebigem Material aufgebaut ist. Durch das hohe Verformungsvermögen elastischer und damit nachgiebiger Materialien lassen sich bis zu einem gewissen Maß Höhentoleranzen des Spalts zwischen Kühlstruktur und Gehäuse ausgleichen. Aus diese Weise kann der Kühlmittelstrom zum einen besser genutzt werden, da ein möglicher Bypass über die Endfläche der Kühlstruktur verschlossen wird. Zum anderen lassen sich alternativ die Toleranzen des Gehäuses entfeinern / erweitern, infolgedessen sich geringere Taktzeiten bei der spanenden Bearbeitung des Aluminiumgehäuses realisieren lassen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Dichtung vollständig oder teilweise aus Kunststoff, vorzugsweise Ethylenpropylendienmonomer-Kautschuk (EPDM), gefertigt ist. Durch die hohe Flexibilität und Elastizität des EPDMs in Kombination mit einer nur geringen Neigung zur Wasseraufnahme und einem damit hohem Abdichtungsvermögen gegenüber Wasser, verspricht EPDM eine lange Lebensdauer der Dichtung. Eine vorteilhafte Eigenschaft des EPDMs ist weiterhin die gute Beständigkeit in sauren und insbesondere alkalischen Medien, wie in der Regel Kühlmittel. Durch die Temperaturbeständigkeit des EPDM (von ca. -40°C bis 100°C) und damit in einem weiten Bereich der Einsatztemperaturen von PKW / LKW und die Fähigkeit Vibrationen zu absorbieren, eignet sich EPDM insbesondere auch für den Einsatz unter den dynamischen Bedingungen in einem PKW / LKW. Durch die Möglichkeit der Armierung / Nicht-Armierung und damit der Verstärkung / Nicht- Verstärkung der Dichtung ist es weiterhin vorteilhaft möglich das Dichtungsmaterial an höhere Belastungen, die während des Betriebs der PKW / LKW auch als Folge des Kühlmittelstroms / durch die Montage / die betriebsbegleitend wirkenden Kräfte / Momente / Vibrationen auftreten, anzupassen.

Es ist des Weiteren vorteilhaft, dass das Powermodul Leistungseinheiten besitzt, wie Transistoren und insbesondere Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MOSFET), die die Funktion der Inverterschaltung erfüllen können.

Man kann das Gehäuse und die Kühlstruktur vorteilhafter Weise aus Materialen mit unterschiedlichen elektrochemischen Potentialen fertigen, um Leichtbaupotentiale zu heben. In einem solchen Fall spielt die Erfindung in besonderem Maße ihre Vorzüge aus. Die sonst auftretende Korrosion wird durch Unterbindung des lonenaustausches zwischen den Materialien mit unterschiedlichen elektrochemischen Potenzialen vermieden.

Der Einsatz von Leichtmetallen wie Aluminium mit gegenüber beispielsweise Stahl um ca. 2/3 reduzierter Dichte für das Gehäuse ist im Hinblick auf die Leichtbauweise von Fahrzeugen nicht zuletzt unter dem Gesichtspunkt der Gewichtsreduktion des Gesamtfahrzeugs und der damit im Betrieb erzielbaren Einsparung von Kraftstoffressourcen unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten vorteilhaft. Durch den Einsatz von Kupfer für die Kühlstruktur, ergeben sich durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kupfers (ca. 300 W/(mK)) im Vergleich zu anderen Materialien Vorteile im Hinblick auf die schnelle Ableitung der Wärme von dem MOSFET / den MOSFETs der Inverterschaltung. Vorteilhaft weist die Membran eine erhabene Struktur auf, mittels der eine der Kühlstruktur zugewandte Grenzfläche der Membran oder eine dem Gehäuse zugewandte Grenzfläche der Membran von dem Gehäuse beabstandet ist.

Vorteilhaft weist die Struktur mehrere Noppen auf.

Vorteilhaft weist die Struktur eine Stegstruktur auf.

Vorteilhaft verläuft die Stegstruktur mäanderförmig entlang einer Seite der Membran.

Vorteilhaft ist zwischen Teilen der Stegstruktur ein Spalt ausgebildet.

Vorteilhaft folgt eine Formgebung der Struktur entlang der Grenzfläche der Membran einer Formgebung der Kühlstruktur derart, dass eine der Kühlstruktur zugewandte Oberfläche der Struktur unmittelbar an einer der Struktur zugewandten Oberfläche der Kühlstruktur anliegt.

Vorteilhaft weist ein Wechselrichter das zuvor beschriebene Powermodul auf, dass unter Zwischenlage der Membran der Dichtung auf der Oberfläche des Gehäuses befestigt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Powermodul mit Kühlstruktur montiert auf einem Aluminiumgehäuse mit zwischenliegender Dichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 die Dichtung mit Langlöchern und Membran gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 die Dichtung im Teil- und Querschnitt gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 4 eine Oberseite einer Dichtung mit Langlöchern und Membran in einer perspektivischen Ansicht gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 5 eine Unterseite der Dichtung mit Langlöchern und Membran in einer perspektivischen Ansicht gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 5 umkreisten Bereichs der Dichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 7 die Dichtung im Querschnitt gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 7 umkreisten Bereichs der Dichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 9 eine Unteransicht der Dichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 10 eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 9 umkreisten Bereichs der Dichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Beschreibung der Ausführungsformen

Nachstehend erfolgt die Beschreibung einer ersten Ausführungsform.

In der Fig. 1 ist ein Powermodul 1 auf einem Gehäuse 2 mit einer Kühlstruktur 3 abgebildet. Die Wärmeabfuhr wird über einen Kühlmittelstrom 4, umfassend Kühlmittel, wie ein Fluid, vorzugsweise eine Flüssigkeit wie eine wässrige Lösung mit auf die Anwendung hin ausgerichteten Inhaltsstoffen (Additive für den Frostschutz), realisiert. Die Dichtung 5 trennt über eine Membran 6 die Kühlstruktur 3 von dem aus Aluminium gefertigten Gehäuse 2. Die Oberflächen des Gehäuses 2 und der Kühlstruktur 3 treten somit nicht in direkten Kontakt und werden auch nicht durch ein Kühlmittel als Zwischenmedium, das aufgrund der Inhaltsstoffe ein Elektrolyt darstellt, miteinander leitend verbunden. Durch die zwischenliegende Membran 6 findet zwischen der beispielsweise Kupferoberfläche der Kühlstruktur 3 und der beispielsweise Aluminiumoberfläche des Gehäuses 2 kein Inonentransport aufgrund elektrochemischer Potentialdifferenz und damit keine Korrosion statt. Gehäuse- und dichtungsseitig sind Kühlmittelöffnungen / Langlöcher 7 in der Dichtung 5 vorgesehen, über die der Kühlmittelstrom 4 zu der Kühlstruktur 3 hin- respektive abgeführt werden kann.

In der Fig. 2 ist eine Dichtung 5 in rechteckiger Ausführungsform mit innenliegender Membran 6 gezeigt. Auch von der Rechteckform abweichende Geometrien sind denkbar. Die Membran 6 verfügt über Aussparungen in Form von beispielsweise zwei Langlöchern 7. An einem Rahmen / Ring 9 der Dichtung 5 befinden sich Dichtlippen 8. Vom Rahmen 9 der Dichtung 5 ist ein kontinuierlicher Übergang zur Membran 6 gegeben. Es treten keine Nahtstellen auf, da die gesamte Dichtung 5 einschließlich der Membran 6 fertigungstechnisch mittels dem Spritzgussverfahren in einem Vorgang hergestellt werden kann. Die Fläche der Membran 6 ist im Verhältnis zur der Fläche der Langlöcher 7 möglichst groß auszugestalten, um einen möglichst großen Bereich der Fläche zwischen der Kühlstruktur 3 und Gehäuse 2 über die Membran 6 abzudecken und vor Korrosion zu schützen. Dabei sind die Langlöcher 7 jedoch so groß zu wählen, dass die Kühlmittelöffnungen 7 und ein fertigungstechnisch notwendiger weise freizustellender Bereich rund um die Kühlmittelöffnungen 7 nicht durch die Membran 6 bedeckt sind.

In der Fig. 3 ist eine Dichtung 5 im Teil- und Querschnitt gezeigt. Die Dichtung 5 weist im oberen und unteren Bereich Dichtlippen 8 auf, die mit der Membran 6 verbunden sind. Weiterhin ist die Kühlmittelöffnung / das Langloch 7 im Querschnitt abgebildet. Am oberen Rand des Rahmens 9 sind zwei Dichtlippen 8 vorgesehen. Am unteren Rand des Rahmens 9 ist es eine Dichtlippe 8, die in dieser Ausführungsform vorgesehen ist. Andere Ausführungsformen und Anzahlen an Dichtlippen sind grundsätzlich denkbar. Je nach Anwendung kann das Material für die Dichtung 5 und die Membran 6 ebenfalls verstärkt werden. Zu diesem Zweck eignen sich insbesondere auch armierte Kunststoffe, die insbesondere im Vergleich zum Einsatz von nicht-arm ierten Kunststoffen dem aus ihnen gefertigten Rahmen der Dichtung 9 eine höhere Festigkeit gegenüber Beanspruchungen verleihen.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung einer zweiten Ausführungsform

Die zweite Ausführungsform ist ausgenommen der nachfolgend beschriebenen Unterschiede identisch zu der ersten Ausführungsform, so dass lediglich die Unterschiede der zweiten Ausführungsform zu der ersten Ausführungsform beschrieben werden und bezüglich weiterer Merkmale der zweiten Ausführungsform auf die zuvor gegebene Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen wird.

In den nachfolgend beschriebenen Figuren bezüglich der zweiten Ausführungsform bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den zuvor bezüglich der ersten Ausführungsform beschriebenen Figuren die gleichen oder entsprechende Teile, so dass auf eine erneute Beschreibung hiervon verzichtet wird.

Fig. 4 zeigt eine Oberseite einer Dichtung 5 mit Langlöchern 7 und Membran 6 in einer perspektivischen Ansicht gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Als Oberseite ist hierbei diejenige Seite zu verstehen, an der in einem verbauten Zustand der Dichtung 5 das (nicht gezeigte) Powermodul angeordnet ist.

In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 10 beispielhaft eine von mehreren Noppen, die auf der Oberseite der Membran 6 angeordnet sind, bezeichnet das Bezugszeichen 11 beispielhaft eine von mehreren Stegstrukturen, die auf der Oberseite der Membran 6 angeordnet sind, und bezeichnet das Bezugszeichen 12 beispielhaft einen von mehreren Spalte, die auf der Oberseite der Membran 6 zwischen jeweiligen Stegstrukturen 11 vorhanden sind. Fig. 5 ähnlich zu Fig. 4 eine Unterseite der Dichtung 5 mit Langlöchern 7 und Membran 6 in einer perspektivischen Ansicht gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Als Unterseite ist hierbei diejenige Seite zu verstehen, an der in einem verbauten Zustand der Dichtung 5 das (nicht gezeigte) Gehäuse angeordnet ist.

Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, sind auf der Unterseite ähnlich wie auf der Oberseite mehrere Noppen 10, mehrere Stegstrukturen 11 und mehrere Spalte 12 vorgesehen.

Die Stegstrukturen 11 verlaufen mäanderförmig entlang einer Seite der Membran 6 und ebenso entlang einer Längsseite eines der Langlöcher 7.

Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 5 umkreisten Bereichs A der Dichtung 5 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Wie es in Fig. 6 deutlicher zu sehen ist, sind jeweilige Stegstrukturen 11 jeweils durch einen sich zwischen den Stegstrukturen 11 befindenden Spalt 12 voneinander getrennt. Ähnliches gilt ebenso bezüglich der auf der Oberseite vorgesehenen Stegstrukturen 11 und Spalte 12.

Fig. 7 zeigt die Dichtung im Querschnitt gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 8 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 7 umkreisten Bereichs B der Dichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 9 zeigt eine Unteransicht der Dichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 10 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 9 umkreisten Bereichs C der Dichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei in Fig. 9 und Fig. 10 ebenso die Kühlstruktur 3 mit dargestellt ist, um die Beziehung zwischen den Noppen 10 und den Stegstrukturen 11 zu der Kühlstruktur 3 zu verdeutlichen.

Der Unterschied der zweiten Ausführungsform zu der ersten Ausführungsform besteht im Wesentlichen darin, dass gemäß der zweiten Ausführungsform mit den Noppen 10 und Stegstrukturen 11 eine spezielle Struktur auf der Membran 3 ausgebildet ist, welche einen Abstand zwischen der Kühlstruktur 3 und der Membran 6 möglichst genau einstellt.

Genauer gesagt wird der durch die spezielle Struktur erzielte Abstand unter der Kühlstruktur 3, welcher zulässt, dass ein Teil einer Strömung des Kühlmittels die Kühlstruktur 3 überbrückt, zum Auslegen einer Wärmeabfuhr und eines Strömungswiderstands des Kühlmittels zueinander verwendet.

Die Wärmeabfuhr ist dabei bei einem kleinen bzw. keinem Abstand, wie in der ersten Ausführungsform, optimal, da eine Strömung des Kühlmittels durch die mäanderförmige Kühlstruktur 3 maximal ist. Der Strömungswiderstand des Kühlmittels ist dagegen bei einem großen Abstand optimal, da eine Strömung über die mäanderförmige Kühlstruktur 3 einen kleineren Widerstand aufweist.

Die in den Figuren 4 bis 10 gezeigte Dichtung 5 mit der mehrere Noppen 10 und mehrere Stegstrukturen 11 aufweisenden Membran 6 weist mehrere Funktionen auf:

Die mehreren Noppen 10 zwischen der Membran 6 und der Kühlstruktur 3 dienen als Abstandshalter, um den Abstand zwischen der Membran 6 und der Kühlstruktur 3 auf einen vorbestimmten Wert festzulegen, was die zentrale Funktion. Zu diesem Zweck sind die mehreren Noppen 10 derart breit ausgeführt, dass der Abstand durch eine hohe Steifigkeit der Noppen 10 bei verschiedenen Verpressungen, d.h. verschiedenen Anpressdrücken, des Powermoduls 1 gegen das Gehäuse 2, möglichst konstant gehalten wird.

Die mehreren Noppen 10 zwischen der Membran 6 und dem Gehäuse 2 dienen als Toleranzkompensationsnoppen, die eine Höhentoleranz zwischen der Kühlstruktur 3 und dem Gehäuse 2 (durch eine Toleranz der Kühlstruktur 3, einer Taschentiefe in dem Gehäuse 2 und der Dichtung 5 definiert) möglichst ausgleichen. Diese Noppen 10 sind möglichst nachgiebig ausgeführt, ohne zu knicken, so dass eine Verformung der Noppen 10 möglichst konstant ist und die Noppen 10 zudem sicher anliegen. Die Membran 6 selbst definiert einen Abstand zu der Kühlstruktur 3 und dichtet eine gewollte Strömung des Kühlmittels in der Kühlstruktur 3 gegen eine parasitäre Strömung unter der Membran 6 ab, die praktisch nichts zur Kühlung beiträgt.

Insgesamt kann also ein gewünschter Abstand eingestellt sein, wobei die Hauptfunktion der Membran 6, d.h. eine Isolation gegen eine galvanische Korrosion, erhalten bleibt. Eine Höhentoleranz des Abstands kann durch Kompensation reduziert, typischerweise halbiert werden, so dass eine Toleranzbreite vergleichbar ohne die Isolation, d.h. ohne die Zwischenlage der Membran 6 zwischen dem Powermodul 1 und dem Gehäuse 2, erreicht wird.

Die Noppen 10 befinden sich auf der Membran 6 an Stellen, die Stellen von Stegen der mäanderförmigen Kühlstruktur 3 des Powermoduls 1 entsprechen, folgen dadurch also in ihrer Positionierung der Kühlstruktur 3.

Daneben gibt es noch Sperrstrukturen 11 , um einen parasitären Strom unter der Membran zu blockieren. Die Sperrstrukturen 11 müssen nicht unbedingt in allen Toleranzlagen dicht anliegen. Die Sperrstrukturen 11 befinden sich wiederum an Stellen der mäanderförmigen Kühlstruktur 3 und stützen sich auf einer Oberseite der Membran 6 gegen die Kühlstruktur 3 ab. Dadurch sind die Sperrstrukturen 11 derart gestaltet, dass eine Überströmung des Kühlmittels über die mäanderförmigen Stegstrukturen 11 nicht blockiert wird. Weiterhin sind die Sperrstrukturen 11 an einigen Stellen durch Spalte 12 durchbrochen, damit die bei einer Montage eingeschlossene Luft durch eine geringe parasitäre Strömung ausgetrieben wird. Dies ist nötig, da Luft die Korrosionsschutzmittel im Kühlmittel negativ beeinflusst und dadurch eine Korrosion des Gehäuses 2 auslösen könnte.

Weiterhin wird dadurch der Druck zwischen der Oberseite und der Unterseite der Membran 6 weitgehend ausgeglichen, um ein Andrücken der Membran 6 an der Gehäuseseite zu verhindern. Die verbleibende Druckdifferenz, typischerweise in einem Bereich von <100 mbar, kann durch die Noppen 10 ohne funktionsrelevante Verformung gestützt werden. Obgleich die vorliegende Erfindung vorhergehend anhand von Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Ausgestaltungen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.

Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der Zeichnung verwiesen.

Bezuqszeichenliste

1 Powermodul

2 Gehäuse / Aluminiumgehäuse

3 Kühlstruktur

4 Kühlmittelstrom

5 Dichtung

6 Membran

7 Kühlmittelöffnung / Langloch

8 Dichtlippe

9 Rahmen / Ring der Dichtung

10 Noppe

11 Stegstruktur

12 Spalt A erster umkreister Bereich B zweiter umkreister Bereich C dritter umkreister Bereich

Claims

Ansprüche

1 . Powermodul (1 ) mit einer Kühlstruktur (3) zum Anbringen auf einer Oberfläche eines Gehäuses (2), wobei eine Dichtung (5) zur Zwischenlage zwischen dem Powermodul (1 ) und dem Gehäuse (2) vorgesehen ist, die zum Verhindern eines ungewollten Kühlmittelstroms vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) eine Membran (6) besitzt, die zur Zwischenlage zwischen dem Gehäuse (2) und der Kühlstruktur (3) bestimmt ist.

2. Powermodul (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) einen Rahmen (9) besitzt, innerhalb dessen die Membran (6) angeordnet ist.

3. Powermodul (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (9) vier Schenkel besitzt, von denen zumindest zwei Schenkel über die Membran (6) verbunden sind.

4. Powermodul (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rahmen (9) und der Membran (6) ein Langloch (7) vorhanden ist oder zwischen zwei Schenkeln des Rahmens (9) und der Membran (6) zwei gleich ausgerichtete und identisch gestaltete Langlöcher (7) vorhanden sind.

5. Powermodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) aus elastischem oder nachgiebigem Material aufgebaut ist.

6. Powermodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) vollständig oder teilweise aus Kunststoff gebildet ist.

7. Powermodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Powermodul (1 ) Leistungseinheiten, wie Transistoren und insbesondere Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren, aufweist.

8. Powermodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und die Kühlstruktur (3) aus Materialen mit unterschiedlichen elektrochemischen Potentialen gefertigt sind.

9. Powermodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kühlstruktur (3) zugewandte Grenzfläche der Membran (6) an der Kühlstruktur (3) anliegt.

10. Powermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) eine erhabene Struktur (10, 11 ) aufweist, mittels der eine der Kühlstruktur (3) zugewandte Grenzfläche der Membran (6) oder eine dem Gehäuse (2) zugewandte Grenzfläche der Membran (6) von dem Gehäuse (2) beabstandet ist.

11. Powermodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (10, 11 ) mehrere Noppen (10) aufweist.

12. Powermodul nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (10, 11 ) eine Stegstruktur (11 ) aufweist.

13. Powermodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegstruktur (11 ) mäanderförmig entlang einer Seite der Membran (6) verläuft.

14. Powermodul nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Teilen der Stegstruktur (11 ) ein Spalt (12) ausgebildet ist.

15. Powermodul nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Formgebung der Struktur (10, 11 ) entlang der Grenzfläche der Membran (6) einer Formgebung der Kühlstruktur (3) derart folgt, dass eine der Kühlstruktur zugewandte Oberfläche der Struktur (10, 11 ) unmittelbar an einer der Struktur zugewandten Oberfläche der Kühlstruktur (3) anliegt.