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Title:
HEAT SINK MODULE AND AN ARRANGEMENT OF HEAT SINK MODULES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/065899
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a plate-like heat sink module (1) having a polygon-shaped horizontal projection. A heat-generating component (2) can be fixed to the upper side of said module. The lower side of said module is provided with cooling ribs (3). The outer edges of said module are provided with surface structures which are complementary in relation to one another. Several similar heat sink modules (1) can be joined together in a plane by means of said structures that are configured in such a way that a heat sink module (1) can be joined to another heat sink module (1) in one orientation only. The invention also relates to an arrangement of heat sink modules. A heat sink being used for interconnecting several condensers to form a condenser bank can be produced in a particularly flexible manner by means of the inventive arrangement of heat sink modules.

Inventors:
Hebel, Rainer (Stuttgarter Ring 47 Heidenheim, 89522, DE)
Michel, Hartmut (Am Hahnenschnabel 13/1 Heidenheim, 89520, DE)
Application Number:
PCT/DE2001/000557
Publication Date:
September 07, 2001
Filing Date:
February 14, 2001
Export Citation:
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Assignee:
EPCOS AG (St.-Martin-Strasse 53 München, 81541, DE)
Hebel, Rainer (Stuttgarter Ring 47 Heidenheim, 89522, DE)
Michel, Hartmut (Am Hahnenschnabel 13/1 Heidenheim, 89520, DE)
International Classes:
F28F3/02; F28F7/00; H01G2/08; H05K7/20; (IPC1-7): H05K7/20
Foreign References:
DE3929701A11991-03-14
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 018, no. 049 (E-1497), 26. Januar 1994 (1994-01-26) & JP 05 275582 A (HITACHI LTD;OTHERS: 01), 22. Oktober 1993 (1993-10-22)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1997, no. 03, 31. März 1997 (1997-03-31) & JP 08 290225 A (TERADA ATSUSHI), 5. November 1996 (1996-11-05)
Attorney, Agent or Firm:
EPPING HERMANN & FISCHER GBR (Postfach 12 10 26 München, 80034, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Plattenartiges Kühlkörpermodul (1) mit polygonförmigem Grundriß, auf dessen Oberseite ein wärmeerzeugendes Bauelement (2) befestigbar ist und dessen Unterseite Kühlrippen (3) aufweist, das an seinen Außenkanten zueinander komplementäre Oberflächenstrukturen aufweist, mit deren Hilfe mehrere gleiche Kühlkörpermodule (1) schachbrettartig in einer Ebene zusammenfügbar sind, wobei die Oberflächenstrukturen so ausgebildet sind, daß ein Kühlkörpermodul (1) in nur einer Orientierung an ein weiteres Kühlkörpermodul (1) fügbar ist.
2. Kühlkörpermodul nach Anspruch 1, das einen quadratischen Grundriß aufweist.
3. Kühlkörpermodul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Oberflächenstrukturen durch Vorsprünge (4) und dazu komplementäre Ausnehmungen (5) gebildet sind.
4. Kühlkörpermodul nach Anspruch 3, bei dem die Ausnehmungen (5) in der Ebene verlaufende Sacklöcher und die Vorsprünge (4) Rundzapfen sind.
5. Kühlkörpermodul nach Anspruch 3, bei dem die Ausnehmungen (5) Nuten und die Vorsprünge (4) Federn sind.
6. Kühlkörpermodul nach Anspruch 5, bei dem die Vorsprünge (4) schwalbenschwanzförmige Federn sind.
7. Kühlkörpermodul nach Anspruch 1 bis 6, dessen Oberseite eine das Bauelement (2) aufnehmende Vertiefung (6) aufweist.
8. Kühlkörpermodul nach Anspruch 7, bei dem das Bauelement (2) elektrisch isolierend in die Vertiefung (6) geklebt ist.
9. Kühlkörpermodul nach Anspruch 1 bis 8, auf dessen Oberseite ein Elektrolytkondensator befestigt ist.
10. Anordnung von Kühlkörpermodulen nach Anspruch 1 bis 9, bei der auf jedem Kühlkörpermodul (1) das gleiche, Anschlußelemente (7,8) aufweisende Bauelement (2) befestigt ist, bei der alle Bauelemente (2) mit ihren Anschlußelementen (7,8) relativ zur Oberflächenstruktur des jeweiligen Kühlkörpermoduls (1) gleich ausgerichtet sind und bei der die Kühlkörpermodule (1) eine durchgehende Platte bildend aneinandergefügt sind.
11. Anordnung nach Anspruch 10, bei der die Kühlkörpermodule (1) von einem Rahmen (9) zusammengehalten sind.
Description:
Beschreibung Kühlkörpermodul und Anordnung von Kühlkörpermodulen Die Erfindung betrifft ein Kühlkörpermodul, auf dessen Oberseite ein wärmeerzeugendes Bauelement befestigbar ist und dessen Unterseite Kühlrippen aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung von Kühlkörpermodulen.

Es sind Kühlkörpermodule der eingangs genannten Art bekannt, die als Kühlplatten zur Kühlung von Kondensatoren hoher Leistung in Umrichtern eingesetzt werden. Auf diesen Kühlkörpermodulen sind mehrere gleiche zu einer Kondensatorbank zusammengeschaltete Kondensatoren angeordnet.

Diese Kondensatorbänke werden in Umrichtern verschiedener Nennspannungen und Leistungsklassen verwendet. Entsprechend dieser unterschiedlichen Kenndaten der Umrichter werden auch eine unterschiedliche Anzahl von Kondensatoren in verschiedener Zusammenschaltung, beispielsweise in Reihe oder parallel oder auch gemischt in Reihe und parallel, benötigt.

Daher wird für jede Variante des Umrichters entsprechend der Anzahl und Verschaltung der Kondensatoren eine eigene Kühlplatte mit den geeigneten geometrischen Abmessungen hergestellt, auf der dann die Kondensatoren befestigt werden.

Die bekannten Kühlkörpermodule haben daher den Nachteil, daß sie für jeden Typ von Umrichter jeweils eigens hergestellt werden müssen, was einen hohen Produktionsaufwand bedeutet.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Kühlkörpermodul bereitzustellen, das zur Kühlung verschiedener Varianten von Kondensatorbänken verwendet werden kann, ohne daß es in seiner Ausführung angepaßt werden muß.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Kühlkörpermodul nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der

Erfindung und Anordnungen von Kühlkörpermodulen sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung gibt ein Kühlkörpermodul an, das plattenartig ist und einen polygonförmigen Grundriß aufweist. Auf der Oberseite des Kühlkörpermoduls ist ein wärmeerzeugendes Bauelement befestigbar. Auf der Unterseite weist das Kühlkörperrnodul Kühlrippen auf, die eine besonders effektive Kühlung des wärmeerzeugenden Bauelements bewirken. An den Außenkanten weist das Kühlkörpermodul zueinander komplementäre Oberflächenstrukturen auf. Diese Oberflächenstrukturen können beispielsweise durch eine Aufeinanderfolge von Erhebungen und Vertiefungen gebildet sein. Mit Hilfe der zueinander komplementären Oberflächenstrukturen können mehrere gleiche Kühlkörpermodule in einer Ebene zusammengefügt werden. Die Oberflächenstrukturen des Kühlkörpermoduls sind so ausgebildet, daß ein Kühlkörpermodul in nur einer Orientierung an ein weiteres Kühlkörpermodul fügbar ist.

Durch das Zusammenfügen mehrerer erfindungsgemäßer Kühlkörpermodule kann eine Anordnung von Kühlkörpermodulen flexibler Größe und Form gebildet werden. Ferner hat das erfindungsgemäße Kühlkörpermodul den Vorteil, daß durch die Ausbildung der Oberflächenstruktur eine definierte Orientierung des wärmeerzeugenden Bauelementes bezüglich des Kühlkörpermoduls eingestellt werden kann, welche sich durch das Zusammenfügen mehrerer Kühlkörpermodule auch auf die Anordnung mehrerer wärmeerzeugender Bauelemente untereinander übertragen läßt. Dies hat beispielsweise den Vorteil, daß mehrere gleich orientierte Bauelemente besonders einfach kontaktiert werden können.

Ferner ist ein Kühlkörpermodul besonders vorteilhaft, das erfindungsgemäß einen quadratischen Grundriß aufweist und schachbrettartig mit gleichen Kühlkörpermodulen zusammenfügbar ist. Ein solches Kühlkörpermodul mit quadratischem Grundriß ist sehr leicht herzustellen. Ferner

hat ein Kühlkörpermodul mit quadratischem Grundriß den Vorteil, daß es schachbrettartig mit weiteren Kühlkörpermodulen zusammenfügbar ist, wodurch sich eine Anordnung von Kühlkörpermodulen ergibt, die glatte Außenwände und eine kompakte, beispielsweise rechteckige, Außenkontur aufweist.

Die Oberflächenstrukturen des Kühlkörpermoduls können erfindungsgemäß durch Vorsprünge und dazu komplementäre Ausnehmungen gebildet sein. Dabei können die Ausnehmungen beispielsweise durch in der Ebene verlaufende Sacklöcher und die Vorsprünge durch Rundzapfen realisiert werden. Ein solches Kühlkörpermodul hat den Vorteil, daß die Ausnehmungen und Vorsprünge relativ einfach mit den üblichen Werkzeugmaschinen herstellbar sind. Des weiteren hat ein solches Kühlkörpermodul den Vorteil, daß es an ein weiteres Kühlkörpermodul steckbar ist, wodurch sich quer zur Ebene eine mechanische Festigkeit der daraus gebildeten Anordnung von Kühlkörpermodulen ergibt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Ausnehmungen besteht darin, die Ausnehmungen als Nuten und die Vorsprünge als in die Nuten passende Federn auszuführen. Dadurch ist es möglich, einen mechanischen Kontakt auf der gesamten Länge der die Nut bzw. die Feder aufweisende Außenkante herzustellen, wodurch sich eine besonders hohe Stabilität der gebildeten Anordnung von Kühlkörpermodulen ergibt.

Des weiteren ist es besonders vorteilhaft, die Vorsprünge des Kühlkörpermoduls erfindungsgemäß als schwalbenschwanzförmige Feder auszuführen. Solche schwalbenschwanzförmige Federn können in eine Richtung in eine dazu passende Ausnehmung geschoben werden, wodurch ein mechanischer Halt in alle senkrecht zu dieser Richtung verlaufenden Richtungen resultiert. Insbesondere können die so zusammengefügten Kühlkörpermodule nicht mehr einfach auseinandergezogen werden, wodurch sich ein verbesserter Zusammenhalt ergibt.

Es ist ferner ein Kühlkörpermodul besonders vorteilhaft, dessen Oberseite eine das Bauelement aufnehmende Vertiefung aufweist. Mit Hilfe einer solchen Vertiefung ist eine besonders einfache, schnelle und sichere Befestigung des Bauelements möglich. Insbesondere kommt in Betracht, das Bauelement in die Vertiefung einzukleben.

Für den Fall, daß das Bauelement eine elektrisch leitende Außenhülle aufweist und auch das Kühlkörpermodul aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, ist es besonders vorteilhaft, die Verklebung zwischen dem Bauelement und dem Kühlkörpermodul elektrisch isolierend auszuführen, um einen Kurzschluß zwischen den Bauelementen zu verhindern.

Des weiteren ist ein Kühlkörpermodul besonders vorteilhaft, auf dessen Oberseite ein Elektrolyt-Kondensator befestigt ist. Solche Kühlkörpermodule können beispielsweise zur Kühlung von Kondensatorbänken in Umrichtern verschiedener Leistungsklassen verwendet werden.

Die Erfindung gibt ferner eine Anordnung von Kühlkörpermodulen an, bei der auf jedem Kühlkörpermodul das gleiche Bauelement befestigt ist, wobei die Bauelemente Anschlußelemente aufweisen. Jedes Bauelement ist mit seinen Anschlußelementen relativ zur Oberflächenstruktur des jeweiligen Kühlkörpers gleich ausgerichtet. Die Kühlkörpermodule sind eine durchgehende Platte bildend aneinandergefügt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Kühlkörpermodulen mit gleichen, Anschlußelemente aufweisenden Bauelementen kann die Orientierung der einzelnen Bauelemente relativ zu den sie tragenden Kühlkörpermodulen auf die durch die Anordnung gleicher Kühlkörpermodule gebildete Kondensatorbank übertragen werden. Dies hat den Vorteil, daß die einzelnen Bauelemente sehr einfach und rationell zu kontaktieren sind.

Weiterhin ist eine Anordnung von Kühlkörpermodulen besonders vorteilhaft, bei der die Kühlkörpermodule von einem Rahmen zusammengehalten sind. Eine solche Anordnung von Kühlkörpermodulen hat den Vorteil einer erhöhten mechanischen Stabilität.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazu gehörigen Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlkörpermodul mit einem darauf befestigten Elektrolyt-Kondensator in Seitenansicht.

Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlkörpermodul, das mit Sacklöchern und Rundzapfen versehen ist, in Draufsicht.

Figur 3A zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlkörpermodul, das mit Nuten und Federn versehen ist, in einer ersten Seitenansicht.

Figur 3B zeigt das Kühlkörpermodul aus Figur 3A in einer zweiten Seitenansicht.

Figur 3C zeigt das Kühlkörpermodul aus Figur 3A in Draufsicht.

Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung von Kühlkörpermodulen in Draufsicht.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlkörpermodul 1, an dessen Unterseite Kühlrippen 3 angeordnet sind. Auf der Oberseite des Kühlkörpermoduls 1 befindet sich eine Vertiefung 6, in der ein als Elektrolyt-Kondensator ausgebildetes Bauelement 2 angeordnet ist. Das Bauelement 2 weist ein erstes Anschlußelement 7 und ein zweites Anschlußelement 8 auf, die bei einem Elektrolyt-Kondensator die Kathode bzw. die Anode darstellen. Das Kühlkörpermodul besteht vorzugsweise aus einem Material, das gut wärmeleitend

ist. Insbesondere kommen in Betracht Metalle, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Das Kühlkörpermodul 1 kann hergestellt werden durch Gießen oder auch durch Fräsen.

In seinen lateralen Abmessungen entspricht es den Abmessungen des als Elektrolyt-Kondensator ausgebildeten Bauelements 2, wobei die Kapazitäten zwischen 100 F und 10 mF bei Abmessungen von etwa 10-20 mm liegen. Die Kühlrippen 3 haben demnach einen Abstand von etwa 2-3 mm voneinander. Das Bauelement 2 kann beispielsweise eine Außenhülle aus Metall, insbesondere Aluminium, aufweisen. Bei Elektrolyt-Konden- satoren sind diese Außenhüllen meist mit der Kathode elektrisch leitend verbunden, so daß es von entscheidender Bedeutung ist, das Bauelement 2 gegenüber dem Kühlkörpermodul 1 elektrisch zu isolieren, um einen Kurzschluß zwischen mehreren Bauelementen 2 zu verhindern.

Eine solche elektrische Isolierung wird beispielsweise durch eine dünne Kunststoffschicht gebildet, die aus PVC bestehen kann und auf der Außenhülle des Bauelements 2 aufgebracht wird. Des weiteren kann die Unterseite des Bauelements mittels eines elektrisch isolierenden Klebers mit dem Kühlkörpermodul 2 verbunden sein. Als elektrisch isolierender Kleber kommt insbesondere ein Kleber in Betracht, der Füllstoffe wie Glas oder Keramik aufweist.

Figur 2 zeigt ein Kühlkörpermodul 1, das eine Vertiefung 6 zur Aufnahme eines Bauelements aufweist. Ferner weist das Kühlkörpermodul 1 als Zapfen ausgebildete Vorsprünge 4 und dazu komplementäre, als Bohrungen ausgeführte Ausnehmungen 5 auf. Da die Vorsprünge 4 auf der unteren Kante des Kühlkörpermoduls 1 einen größeren Abstand haben, als auf der rechten Kante des Kühlkörpermoduls 1, ist nur eine einzige Orientierung beim Aneinanderfügen mehrerer gleicher Kühlkörpermodule 1 möglich. Ein zweites Kühlkörpermodul 1, das gemäß Figur 2 ausgeführt ist, könnte nur mit seiner linken Kante an die rechte Kante des in Figur 1 dargestellten Kühlkörpermoduls bündig angefügt werden.

Figur 3A zeigt ein Kühlkörpermodul 1 mit Kühlrippen 3. Es weist einen als schwalbenschwanzförmige Feder ausgebildeten Vorsprung 4 auf.

Wie aus Figur 3B hervorgeht, weist es ferner auf der dem Vorsprung 4 gegenüber liegenden Seite eine dazu komplementäre Ausnehmung 5 auf, die als Nut ausgebildet ist. Wie aus Figur 3B und aus Figur 3C hervor geht, weist das Kühlkörpermodul 1 ferner auf den beiden anderen gegenüberliegenden Seiten quer zu den Seitenkanten des Grundrisses des Kühlkörpermoduls 1 verlaufende schwalbenschwanzförmige Vorsprünge 4 und entsprechend dazu komplementäre Ausnehmungen 5 auf. Mit Hilfe der als Nut und Feder ausgeführten Vorsprung 4 und Ausnehmung 5 kann das Kühlkörpermodul 1 mit einem weiteren Kühlkörpermodul 2 durch Zusammenschieben in der Ebene aneinander gefügt werden. Die schwalbenschwanzförmige Ausführung der Federn verhindert, daß die beiden Kühlkörpermodule einfach wieder auseinandergezogen werden können und trägt so zur Stabilisierung der aus den beiden Kühlkörpermodulen gebildeten Anordnung bei. Die senkrecht zu den Kanten des Grundrisses des Kühlkörpermoduls 1 verlaufenden Vorsprünge 4 bzw.

Ausnehmungen 5 ermöglichen es, das Kühlkörpermodul 1 mit einem weiteren Kühlkörpermodul 2 durch Bewegung senkrecht zur Ebene des Kühlkörpermoduls zusammenzufügen, wobei durch die schwalbenschwanzförmige Ausführung der Vorsprünge 4 bzw.

Ausnehmungen 5 ein einfaches Auseinanderziehen der Kühlkörpermodule in der Ebene verhindert wird.

Figur 4 zeigt eine Anordnung mehrerer gleicher Kühlkörpermodule 1. Auf jedem Kühlkörpermodul 1 ist ein Bauelement 2 angeordnet, wobei sich die Bauelemente 2 untereinander gleichen. Die Bauelemente 2 weisen jeweils ein erstes Anschlußelement 7 und ein zweites Anschlußelement 8 auf, die nach oben, auf die vom Kühlkörpermodul 1 abgewandte Seite des Bauelements 2 aus dem Bauelement herausgeführt sind. Aufgrund der nicht in Figur 4 dargestellten, eine

eindeutige Orientierung vorgebenden Vorsprünge und Ausnehmungen der Kühlkörpermodule 1 können die Bauelemente 2 mit ihren Anschlußelementen 7,8 eindeutig relativ zu den Kühlkörpermodulen (1) orientiert werden. Die erfindungsgemäße Ausführung der Oberflächenstrukturen der Kühlkörpermodule (1) führt dazu, daß ein Kühlkörpermodul (1) nur in einer einzigen Orientierung an ein anderes Kühlkörpermodul (1) fügbar ist, wodurch die identische Orientierung der Bauelemente 2 auf den Kühlkörpermodulen 1 erhalten bleibt. Dadurch ist es möglich, mehrere Bauelemente 2 zu Bauelementebänken zusammenzuschalten, wobei die Anschlußelemente 7,8 alle gleich orientiert sind, wodurch die elektrische Kontaktierung der Bauelemente 2 stark vereinfacht wird. Die zu einer Anordnung von Kühlkörpermodulen zusammengeschalteten Kühlkörpermodule 1 sind von einem Rahmen 9 zusammengehalten, der die mechanische Festigkeit der Anordnung von Kühlkörpermodulen erhöht und ein Auseinanderfallen der einzelnen Kühlkörpermodule (1) verhindert.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beispielhaft gezeigten Ausführungsformen, sondern wird in ihrer allgemeinsten Form durch Anspruch 1 definiert.