Vorrichtung zur Kühlung und Verfahren zu deren Herstellung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung von leistungselektrischen Bauteilen und Maschinen nach Art einer Kühlplatte und auf ein Verfahren zu deren Herstellung . Vorrichtungen zur Kühlung von leistungselektrischen Bauteilen und Maschinen sind aus dem Stand der Technik z.B. in Form von Kühlplatten bekannt. Diese Kühlplatten weisen in der Regel Kühlkanäle im Inneren auf, welche unter anderem durch mäan- derförmige oder verzweigte Rohrschlangen ausgebildet sind. Aus der DE 10 2006 036 833 AI ist eine Kühlplatte bekannt, welche aus einem Plattenstapel mit überlappenden, y-förmigen Ausnehmungen zusammengesetzt ist. Der Aufbau ist kompliziert und führt zu einem kostenintensiven Herstellungsverfahren. Aufgabe der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung ist es, eine kostengünstige, besonders einfach zu fertigende Vorrichtung anzugeben, welche sich insbesondere durch ein geringes Gewicht, geringe Bauhöhe sowie guten Wärmeübergang auszeichnet und eine gleichmäßige Kühlung ermöglicht. Eine Aufgabe bei dem Verfahren zur Her ^¬ stellung ist es, mit möglichst wenigen und kostengünstigen, einfachen Prozessschritten die Vorrichtung herstellen zu können . Die angegebene Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung zur

Kühlung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale der nebenge- ordneten Ansprüche mit Merkmalen eines jeweils zugeordneten Unteranspruchs oder vorzugsweise auch mit Merkmalen mehrerer zugeordneter Unteransprüche kombiniert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung von leistungs ^¬ elektrischen Bauteilen und Maschinen nach Art einer Kühlplatte umfasst offenporiges Schaummaterial. Die offenen Poren des Schaummaterials bilden zusammenhängende Kanäle, durch welche ein Fluid strömen kann. Analog einem Schwamm kann auf einer Seite des Schaummaterials ein Fluid eintreten und auf einer gegenüberliegenden Seite wieder austreten. Beim Durchströmen des Schaummaterials findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Schaummaterial und dem Fluid statt. So kann das Schaummate ^¬ rial abgekühlt werden und das Fluid nimmt eine Wärmemenge auf, welche von der Art des Fluids und dessen Strömungsge ^¬ schwindigkeit im Schaummaterial abhängt. Eine gute Wärmeleit ^¬ fähigkeit des Schaummaterials begünstigt dabei die Wärme ^¬ tausch-Eigenschaften der Vorrichtung.

Das offenporige Schaummaterial kann teilweise oder vollstän ^¬ dig aus Metallschaum und/oder Kunststoffschäum ausgebildet sein. Metallschaum weist dabei die für Metalle übliche hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Für bestimmte Anwendungen, wie zum Beispiel in Magnetspulen, ist die Verwendung von Metallen jedoch nicht möglich. In diesem Fall kann Kunststoffschäum aus einem geeigneten Kunststoff oder einer geeigneten Kunststoffmischung verwendet werden. Es sind auch Mischungen aus metallischem Material und Kunststoffen als offenporiges Schaumma ^¬ terial möglich.

Das Schaummaterial kann in Form wenigstens einer Platte vor ^¬ liegen. Das Schaummaterial kann auch in Form eines Plattenstapels aus einzelnen, übereinander gestapelten Schaumplatten vorliegen .

Die wenigstens eine Schaumplatte und/oder der Plattenstapel können eine Ober- und eine Unterseite aufweisen, welche mit einem fluiddichten Material bedeckt sind. Die wenigstens eine Schaumplatte und/oder der Plattenstapel können insbesondere auf der Ober- und der Unterseite vollständig mit fluiddichtem Material bedeckt sein. Dadurch wird eine Fluidströmung im offenporigen Schaummaterial im Wesentlichen parallel zur Ober- und der Unterseite ausgebildet.

Die wenigstens eine Schaumplatte und/oder der Plattenstapel können vollständig von einer Ummantelung aus einem fluiddich- ten Material umgeben sein. Die Ummantelung kann wenigstens einen Zufluss und/oder einen Abfluss für ein Fluid aufweisen. Dadurch kann Fluid zum Schaummaterial hin und/oder vom

Schaummaterial weg geleitet werden, insbesondere bei Ausbil ^¬ dung des Zuflusses und/oder Abflusses in Kanalform. Die Ummantelung kann in Form von Platten, insbesondere Metallblechen oder Kunststoffplatten ausgebildet sein. Die Ummantelung kann ferner Seitenteile aufweisen, welche insbesondere in Profilform ausgebildet sind. Die Seitenteile in Pro ^¬ filform können aus Metall und/oder Kunststoff aufgebaut sein bzw. diese Materialien umfassen.

Das Schaummaterial kann mit fluiddichtem Material auf seiner Ober- und Unterseite als Laminat ausgebildet sein. Dadurch wird eine hohe mechanische Stabilität der Vorrichtung er- reicht.

Ein Verfahren zur Herstellung der zuvor beschriebenen Vorrichtung kann einen Herstellungsschritt Schweißen, Hartlöten, Verpressen, und/oder Laminieren umfassen. Insbesondere Lami- nieren ist ein bekanntes Herstellungsverfahren, welches einfach und kostengünstig durchzuführen ist. Ein Verschweißen von fluiddichtem Material auf der Ober- und der Unterseite sowie von Seitenteilen mit dem Material auf der Ober- und der Unterseite sowie von Seitenteilen untereinander, führt zu ei- ner mechanisch stabilen, fluiddichten Verbindung, welche kostengünstig herzustellen ist. Seitenteile können alternativ auch durch Einpressen zwischen der Ober- und Unterseite me- chanisch stabil und fluiddicht an dem fluiddichten Material auf der Ober- und der Unterseite befestigt werden.

Bei Verwendung von Profilen, insbesondere U-förmigen Profilen als Seitenteile können einfach und kostengünstig Fluidkanäle erzeugt werden.

Das fluiddichte Material auf der Ober- und Unterseite des Schaummaterials (2) kann auch durch Hartlöten aufgebracht werden .

Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung ergeben sich die vorstehend erwähnten, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbundenen Vorteile.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der folgenden Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen laminierten Schaumplatte, und

Fig. 2 eine Schnittansicht einer vollständig ummantelten

Schaumplatte mit Anschlusskanälen für ein Fluid, und

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Teilstückes einer laminier- ten Schaumplatte mit angeschweißten Seitenteilen, und

Fig. 4 eine Schnittansicht analog der in Fig. 3 dargestell ^¬ ten, mit quadratischem Profil eines Seitenteils und einer alternativen Anordnung von Schweißstellen, und

Fig. 5 eine Schnittansicht entsprechend der in Fig. 3 darge ^¬ stellten, mit U-förmigem Profil eines Seitenteils, und Fig. 6 eine Schnittansicht analog der in Fig. 4 dargestell ^¬ ten, mit der alternativen Anordnung von Schweißstellen, jedoch mit U-förmigen Profil eines Seitenteils, und

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Teilstückes einer laminier ^¬ ten Schaumplatte mit verpressten Seitenteilen, und Fig. 8 eine Schnittansicht entsprechend der in Fig. 7 ge ^¬ zeigten laminierten Schaumplatte, unter Ausbildung eines Kanals mit Seitenteil als Wandung, und

Fig. 9 eine Schnittansicht eines Teilstückes einer laminier ^¬ ten Schaumplatte mit Seitenteilen, welche durch Verbinden von Laminatschichten ausgebildet werden.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Kühlung von leistungselektrischen Bauteilen und Maschinen nach Art einer Kühlplatte. Offenporiges Schaum ^¬ material 2, z.B. aus Metallschaum ist in Plattenform ausgebildet. Auf der Ober- und Unterseite der Schaummaterial- Platte 2 ist jeweils eine Platte mit einem fluiddichten Mate ^¬ rial als Deckplatte 3, 3' auflaminiert . Die Schaummaterial- Platte 2 und die zwei Deckplatten 3, 3' weisen die gleiche Größe und Form in der Plattenebene, senkrecht zur in Fig. 1 gezeigten Schnittebene auf. Offene Poren des Schaummaterials bilden zusammenhängende Kanäle, durch welche ein Fluid strö ^¬ men kann.

Als Fluid kann ein Gas, wie z.B. Luft, oder eine Flüssigkeit, wie z.B. ein Öl, Wasser oder flüssiger Stickstoff verwendet werden. Bevorzugt werden Flüssigkeiten mit einer hohen Wärmekapazität eingesetzt. Diese tauschen mit dem Schaummaterial 2 Wärme aus, d.h. nehmen z.B. Wärme auf und führen so zu einer Kühlung des Schaummaterials 2 und damit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. In Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer vollständig ummantel ^¬ ten Schaummaterial-Platte 2 mit Anschlusskanälen 5, 5' und einem Zufluss 6 sowie einem Abfluss 7 für ein Fluid darge ^¬ stellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist jeweils durch eine Deckplatte 3, 3 'auf ihrer Ober- und Unterseite und durch Seitenteile 4, 4' an jeder Seite des Schaumaterials 2 be ^¬ grenzt. Bei einer quaderförmigen Schaummaterial-Platte 2 bil ^¬ den die vier Seitenteile, wobei in Fig. 2 nur zwei Seitentei ^¬ le 4, 4' dargestellt sind, in Verbindung mit den Deckplatten 3, 3' eine quaderförmige, fluiddichte Box. Über den Zufluss 6 kann in die Box ein Fluid zugeführt werden, welches durch das offenporige Schaummaterial 2 zum Abfluss 7 strömen kann, und über den Abfluss 7 aus der Box abgeführt werden kann. Die er ^¬ findungsgemäße Vorrichtung 1 wirkt dabei als Wärmetauscher, wobei das Fluid die Vorrichtung 1 kühlt und sich erwärmt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 wiederum kann über ihre Deckplatten 3, 3' und Seitenteile 4, 4' Wärme aufnehmen und so als Kühlvorrichtung wirken. In oder benachbart zu den Seitenteilen 4, 4' können Kanäle in Form von Anschlusskanälen 5, 5' ausgebildet sein. Diese führen zu einer verbesserten Fluidströmung, insbesondere einer gleichmäßigeren Fluidströmung durch das Schaumaterial 2. Zusätzlich oder alternativ können Kanäle in Form von Anschluss- kanälen 5, 5' auch in oder benachbart zu den Deckplatten 4, 4' ausgebildet sein.

In Fig. 3 ist ein Seitenbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ohne Anschlusskanäle 5, 5' als ein Ausführungsbei- spiel dargestellt. Die Seitenteile 4, 4'sind in diesem Aus ^¬ führungsbeispiel an den Deckplatten 3, 3' angeschweißt, wobei das Schaummaterial 2 vollständig von den Seitenteilen 4, 4' und Deckplatten 3, 3' umhüllt beziehungsweise umschlossen ist. Die Seitenteile 4, 4' können ebenfalls untereinander verschweißt sein oder aus einem Stück gefertigt sein. Die

Schweißstellen an beziehungsweise benachbart zu den Kontakt ^¬ stellen von Seitenteilen 4, 4' untereinander und/oder mit Deckplatten 3, 3' sind in Form von Schweißnähten 8, 8' ausge- führt. Die Schweißnähte 8, 8' führen zu einer fluiddichten Verbindung von Seitenteilen 4, 4' untereinander und/oder mit Deckplatten 3, 3'. Eine fluiddichte Box, mit Ausnahme der Zu- und Abflüsse 6, 7, wird so ausgebildet.

Schweißnähte 8, 8' können mit dreieckigem Querschnitt ausge ^¬ bildet werden, indem die Kanten der Deckplatten 3, 3' und Seitenteile 4, 4', wie in Fig. 3 dargestellt angeschrägt sind. Als Seitenteile 4, 4' können, wie in Fig. 3 dargestellt dünne Bleche bzw. Platten verwendet werden. Alternativ können, wie in Fig. 4 dargestellt ist, Seitenteile 4, 4' in Form von Profilen ausgebildet sein. In Fig. 4 ist beispielhaft ein quadratisches Profil dargestellt. Alternativ können aber auch andere Profilformen verwendet werden. Die Profile können, wie in Fig. 3 gezeigt verschweißt sein, oder die Deckplatten 3, 3' können, wie in Fig. 4 dargestellt ist, über den Randbe ^¬ reich der Schaummaterial-Platten 2 hinaus ragen. Die Seitenteile 4, 4' in Profilform können zwischen den Deckplatten 3, 3' in dem Bereich, in dem die Deckplatten 3, 3' über den Randbereich der Schaummaterial-Platten 2 hinaus ragen, angeordnet sein. An den äußeren Berührungspunkten der Deckplatten 3, 3' und Seitenteile 4, 4' können Abschrägungen vorgesehen sein, an welchen die Deckplatten 3, 3' und Seitenteile 4, 4' miteinander verschweißt werden.

Alternativ zu den in Fig. 4 gezeigten quadratischen Profilen der Seitenteile 4, 4', können auch U-förmige Profile als Sei ^¬ tenteile 4, 4' verwendet werden. Fig. 5 zeigt als Beispiel ein U-förmiges Seitenteil 4, welches analog dem in Fig. 3 ge- zeigten Seitenteil 4 mit den Deckplatten 3, 3' verschweißt ist. Durch das U-förmige Profil des Seitenteils 4 wird in Verbindung mit dem Schaummaterial 2 ein Anschlusskanal 5 ge ^¬ bildet. Fluid kann über einen Zufluss 6 in den Anschlusskanal 5 fließen und dort gleichmäßig in das Schaummaterial 2 ein- treten oder beim Austreten aus dem Schaummaterial 2 gesammelt werden und über einen Abfluss 7 abfließen bzw. abgeführt werden . Alternativ zu der Verschweißung im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 kann, analog dem quadratischen Profil in Fig. 4, ein U-förmiges Profil eines Seitenteils 4, 4' wie in Fig. 6 dar ^¬ gestellt verschweißt sein. Die Deckplatten 3, 3' ragen über den Randbereich der Schaummaterial-Platten 2 hinaus. Die Seitenteile 4, 4' in Profilform sind zwischen den Deckplatten 3, 3' in dem Bereich, in dem die Deckplatten 3, 3' über den Randbereich der Schaummaterial-Platten 2 hinaus ragen, angeordnet, mit der Öffnung des U-förmigen Profils zum Schaumma- terial 2 hin. An den äußeren Berührungspunkten der Deckplatten 3, 3' und Seitenteile 4, 4' sind Abschrägungen vorgese ^¬ hen, an welchen die Deckplatten 3, 3' und Seitenteile 4, 4' miteinander verschweißt werden bzw. sind. Es wird dadurch ein Anschlusskanal 5 analog dem in Fig. 5 dargestellten An- Schlusskanal 5 ausgebildet.

Fig. 7 zeigt eine alternative Ausführungsform der Verbindung von Seitenteilen 4, 4' mit den Deckplatten 3, 3'. Anstatt durch Schweißen werden die Seitenteile 4, 4' durch Verpressen fluiddicht zwischen den Deckplatten 3, 3' befestigt. Die Sei ^¬ tenteile 4, 4' können z.B. T-förmig ausgebildet sein, mit za- ckenförmiger oder wellenförmiger Oberfläche im Mittelbereich der T-Form. Analog der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ragen die Deckplatten 3, 3' über den Randbereich der Schaum- material-Platten 2 hinaus, z.B. wenige Zentimeter. Die Seitenteile 4a in Profilform können zwischen den Deckplatten 3, 3' in dem Bereich, in dem die Deckplatten 3, 3' über den Randbereich der Schaummaterial-Platten 2 hinaus ragen, mit der zackenförmigen oder wellenförmigen Oberfläche angeordnet werden. Der Mittelbereich der T-förmigen Seitenteile 4a wird dabei in den Zwischenraum zwischen den Deckplatten 3, 3' ge- presst. Weist der Durchmesser D des Mittelbereichs der T-Form den gleichen oder bevorzugt einen geringfügig größeren Wert auf, als der Abstand der Deckplatten 3, 3' voneinander, wel- che in der Regel parallel zueinander angeordnet sind, so übt der Mittelbereich der T-Form des Seitenteils 4a eine Druckkraft auf die Innenseiten der Deckplatten 3, 3' aus. Dadurch entsteht eine mechanisch stabile, fluiddichte Verbindung zwi ^¬ schen den Deckplatten 3, 3' und dem Seitenteil 4a.

Abhängig von der Länge, welche die Deckplatten 3, 3' über den Randbereich der Schaummaterial-Platten 2 hinausragen, und der Länge des T-förmigen Seitenteils 4a, steht das Seitenteil 4a in direktem, insbesondere mechanischen Kontakt mit dem

Schaummaterial 2 oder es besteht ein Abstand. In Fig. 7 ist der erste Fall, mit direktem Kontakt dargestellt. In Fig. 8 ist der zweite Fall, ein Abstand zwischen Seitenteil 4a und

Schaummaterial 2 dargestellt. Im zweiten Fall wird analog den Ausführungsbeispielen der Fig. 5 und 6 ein Anschlusskanal 5 mit dem Seitenteil 4a als Wandung gebildet. Der Anschlusska ^¬ nal 5 wird durch das Schaummaterial 2, die Deckplatten 3, 3'und das Seitenteil 4a begrenzt. Fluid kann, z.B. von einem Zufluss 6 kommend, durch den Anschlusskanal 5 strömen und gleichmäßig in das Schaummaterial 2 eindringen oder aus dem Schaummaterial 2 austreten, im Anschlusskanal 5 gesammelt werden, um dann z.B. über einen Abfluss 7 die erfindungsgemä- ße Vorrichtung 1 zu verlassen. Eine gute, gleichmäßige Strö ^¬ mung durch das Schaummaterial 2 kann so erzeugt werden, wo ^¬ durch sich eine gute Wärmetauscherwirkung ergibt.

In Fig. 9 ist eine Alternative zur Ausbildung von Anschluss- kanälen 5, 5' über Seitenteile 4, 4', 4a dargestellt. Bei

Verwendung von Deckplatten 3, 3' bzw. anders geformten Deckmaterial, insbesondere Deckfolien, welche über den Rand des Schaummaterials 2 hinaus ragen, können die Ränder des Deckma ^¬ terials 3, 3' miteinander fluiddicht verbunden werden, z.B. verschweißt. Dabei kann das Deckmaterial 3, 3' im Randbereich der Schaummaterial-Platte bzw. des Schaummaterials 2 direkt mechanisch mit dem Schaummaterial 2 in Kontakt stehen, analog dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 mit verpressten Seitentei ^¬ len 4a. Alternativ kann das Deckmaterial 3, 3' im Randbereich der Schaummaterial-Platte bzw. des Schaummaterials 2 einen Anschlusskanal 5, 5' ausbilden, mit einer Begrenzung durch das Deckmaterial 3, 3' und dem Rand des Schaummaterials 2, analog dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 mit verpressten Seitenteilen 4a.

Eine besonders hohe Stabilität der erfinderischen Vorrichtung 1, insbesondere wie sie in den Figuren dargestellt ist und zuvor beschrieben wurde, lässt sich durch laminieren der Deckplatten 3, 3' auf das Schaummaterial 2 erreichen. Alternativ zu Deckplatten 3, 3' können auch andere Formen, wie z.B. Deckfolien oder Deckbleche verwendet werden, insbesonde- re aus fluiddichten Metall- oder Kunststoffmaterialien . Das Schaummaterial 2 kann ebenfalls in Form von Platten, aber auch in Form von Folien oder Blechen ausgebildet sein, wobei das offenporige Material insbesondere Metall- oder Kunst ^¬ stoffmaterialien enthalten oder daraus vollständig aufgebaut sein kann. Alternativ zu Schweißstellen 8, 8' können auch andere Verbindungen, wie z.B. Klebungen verwendet werden. Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele können einzeln oder in Kombinationen die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ergeben .