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DE102019200142A1 - Kühleinheit zur Abfuhr von Abwärme von zumindest einem Leistungsbauteil - Google Patents

Kühleinheit zur Abfuhr von Abwärme von zumindest einem Leistungsbauteil Download PDF

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DE102019200142A1
DE102019200142A1 DE102019200142.4A DE102019200142A DE102019200142A1 DE 102019200142 A1 DE102019200142 A1 DE 102019200142A1 DE 102019200142 A DE102019200142 A DE 102019200142A DE 102019200142 A1 DE102019200142 A1 DE 102019200142A1
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DE
Germany
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cover body
cooling unit
power component
intermediate plate
cooling
Prior art date
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Pending
Application number
DE102019200142.4A
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English (en)
Inventor
Oliver Rang
Alexander Lerch
Marcel Pries
Jens Uwe MÜLLER
Thorsten Pape
Eckhard Schochow
Matthias Zimmermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Priority to CN202010018124.8A priority patent/CN111508916B/zh
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühleinheit (1) zur Abfuhr von Abwärme von zumindest einem Leistungsbauteil (2). Hierbei weist die Kühleinheit (1) einen Sockelkasten (3) mit einem Vorlauf (4) und einem Rücklauf (5) sowie einen gegenüber dem Sockelkasten (3) abschnittsweise überdeckend angeordneten Deckkörper (6) auf. In dem Deckkörper (6) ist je Leistungsbauteil (2) eine Kühlöffnung (7) zur unmittelbaren Zufuhr von Kühlmittel zu dem die Kühlöffnung (7) abdeckend an der Kühleinheit (1) angeordneten Leistungsbauteil (2) ausgeformt. Weiterhin ist zwischen Sockelkasten (3) und Deckkörper (6) eine Zwischenplatte (8) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühleinheit zur Abfuhr von Abwärme von zumindest einem Leistungsbauteil. Hierbei weist die Kühleinheit einen Sockelkasten mit einem Vorlauf und einem Rücklauf sowie einen gegenüber dem Sockelkasten abschnittsweise überdeckend angeordneten Deckkörper auf, wobei in dem Deckkörper je Leistungsbauteil eine Kühlöffnung zur unmittelbaren Zufuhr von Kühlmittel zu dem die Kühlöffnung abdeckend an der Kühleinheit angeordneten Leistungsbauteil ausgeformt ist.
  • Bekannterweise werden zur Ansteuerung von elektrischen Antrieben regelmäßig Leistungshalbleiterbauelemente respektive -module verwendet, welche aufgrund der bei der Zufuhr elektrischer Energie zu einem Antrieb entstehenden Verlustleistung innerhalb des Leistungshalbleiterbauelements respektive -moduls der Notwendigkeit einer Kühlung zur Abfuhr der entsprechend verlustleistungsbedingt entstehenden Wärme unterliegen.
  • Oftmals wird zur Kühlung ein angesetzter Kühlkörper verwendet, welcher von einem mittels eines Lüfters erzeugten Luftstrom angeströmt wird. Dies ist jedoch regelmäßig bei lediglich moderater Wärmeentstehung zielführend. Bei hoher bzw. sehr hoher Wärmeentstehung besteht für gewöhnlich der Bedarf an einer Flüssigkeitskühlung der Leistungshalbleiterbauelemente respektive -module, beispielsweise mit Wasser, einer Wasser-Glykol-Mischung oder anderen Medien als eingesetztes Kühlmittel.
  • In einem solchen Zusammenhang beschreibt die DE 10 2005 048 100 A1 ein elektronisches Steuergerät, welches in einem Gehäuse des Steuergeräts angeordnete Leistungshalbleiterbauelemente aufweist, die ihrerseits auf Leiterplatten befestigt sind. Die Leiterplatten stehen dabei mittelbar in wärmeleitendem Kontakt mit der äußeren Oberfläche eines in Form eines Strangpressprofils vorliegenden Kühlers, wobei zum Ausgleich von Oberflächenunebenheiten zwischen den Leiterplatten und dem Kühler ein Wärmeleitpad angeordnet ist oder diese über Wärmeleitkleber miteinander verbunden sind. Der Kühler weist überdies je einen aus dem Gehäuse geführten Zu- sowie Ablauf auf und ist in mehrere stabilitätsverbessernde Längskammern unterteilt, sodass der Kühler eine hinreichende Stabilität aufweist und von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Nachteilig an dieser Lösung stellt sich jedoch der mehrfache Wärmeübergang und somit hohe Wärmeleitwiderstand zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen und der eigentlichen Kühlflüssigkeit dar, was zu einer unzureichenden Wärmeabfuhr und somit erhöhten Temperatur der Leistungshalbleiterbauelemente führt. Solch erhöhte Temperaturen resultieren in einer erhöhten Ausfallwahrscheinlichkeit und somit einer verringerten Zuverlässigkeit sowie Lebensdauer der Leistungshalbleiterbauelemente.
  • Aus diesem Grund wurde bereits eine Lösung vorgeschlagen, den Wärmeleitwiderstand zwischen Leistungshalbleiterbauelement und Kühlflüssigkeit zu verringern. So offenbart die gattungsbildende DE 100 38 178 A1 eine Kühlschiene, welche der entsprechenden Kühlung von Leistungshalbleiterbauelementen respektive -modulen dient. Hierbei weist die Kühlschiene mehrere Kühlkammern auf, welche über einen Zu- und Ablauf sowie Verbindungsschlitze durchströmbar miteinander gekoppelt sind. Die Kühlschiene zeigt hierbei einen zweiteiligen Aufbau aus einem Basiskörper und einer durch Verschraubung an dem Basiskörper angeordneten Deckplatte. Die über die Kühlschiene zu kühlenden Leistungshalbleitermodule bestehen zudem aus einer Stapelung eines Leistungshalbleiterbauelements, welches auf einem elektrisch isolierendem Keramiksubstrat angeordnet ist, das seinerseits einen Verbund mit einer Metallbodenplatte des Leistungshalbleitermoduls bildet. Die Leistungshalbleitermodule sind dabei so auf der Deckplatte der Kühlschiene angeordnet, dass deren Metallbodenplatten in der Deckplatte vorhandene Öffnungen verschließen. Hierdurch wird es ermöglicht, dass die die Kühlschiene durchströmende Kühlflüssigkeit in unmittelbaren Kontakt mit der insbesondere mit einer die Oberfläche vergrößernden Strukturierung versehenen Metallbodenplatte des Leistungshalbleitermoduls treten kann. Zur Abdichtung zwischen den Kammern sowie zur Metallbodenplatte sind im Bereich der Öffnungen umlaufende Nuten in die Deckplatte eingebracht, in welche Dichtungen eingesetzt werden. Zur Wahrung der Dichtfunktion ist es somit notwendig, die Deckplatte nachzubearbeiten, um die Nuten zu erzeugen. Weiterhin ist in der Druckschrift zwar beschrieben, eine parallele Anströmung der Leistungshalbleiterbauelemente zu verwenden, die jedoch mit dem offenbarten Aufbau der Kühlschiene nicht möglich ist.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Kühleinheit der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass eine parallele Anströmung der Leistungsbauteile ermöglicht und eine Nachbearbeitung relevanter Dichtflächen weitgehend vernachlässigbar ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Kühleinheit gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist also eine Kühleinheit zur Abfuhr von Abwärme von zumindest einem - insbesondere die Abwärme hervorrufenden, elektronischen - Leistungsbauteil vorgesehen. Dabei weist die Kühleinheit einen Sockelkasten mit einem Vorlauf und einem Rücklauf sowie einen gegenüber dem Sockelkasten abschnittsweise überdeckend angeordneten, insbesondere mit dem Sockelkasten mittelbar verbundenen Deckkörper auf. In dem Deckkörper ist zudem je Leistungsbauteil eine Kühlöffnung zur unmittelbaren Zufuhr von Kühlmittel zu dem die Kühlöffnung abdeckend an der Kühlvorrichtung angeordneten Leistungsbauteil ausgeformt. Das Kühlmittel kann hierbei eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser oder einer Wasser-Glykol-Mischung, jedoch auch ein anderes Medium sein. Erfindungsgemäß ist hierbei weiterhin zwischen Sockelkasten und Deckkörper eine - insbesondere das Kühlmittel leitende - Zwischenplatte angeordnet.
  • Somit liegt eine geteilte, wenigstens dreiteilige Kühleinheit vor, welche sich vorteilhaft zur Abfuhr von Abwärme und demnach zur Kühlung von Leistungsbauteilen eignet. Bedingt durch den gewählten Aufbau lässt sich diese Kühleinheit kostengünstig fertigen und eine Nachbearbeitung wie das Erzeugen von Dichtelementen vermeiden. Zudem wird eine parallele Zufuhr des Kühlmittels zu dem zumindest einen Leistungsbauteil ermöglicht. Bevorzugt sind hierbei drei Leistungsbauteile an der Kühleinheit angeordnet.
  • Jedes Leistungsbauteil kann hierbei im Allgemeinen als ein Bauteil verstanden werden, welches Wärme erzeugt. Bevorzugt handelt es sich bei einem Leistungsbauelement jedoch um ein elektrisches und/oder elektronisches Leistungsbauelement, z. B. ein Halbleiterbauelement für die Leistungselektronik wie ein Diac, ein bipolarer Leistungstransistor, ein Leistungs-MOSFET, ein GTO-Thyristor, ein Thyristor, ein Triac, eine Diode oder bevorzugt ein IGBT sein. Auch besteht die Möglichkeit, dass das Leistungsbauteil ein ein oder mehrere solcher Leistungsbauelemente aufweisendes Leistungsmodul oder Leistungshalbleitermodul ist, welches die Leistungsbauelemente in einem Gehäuse integriert.
  • Der Sockelkasten, in welchem der Vorlauf und der Rücklauf insbesondere als in den Sockelkasten eingelassene Taschen ausgeformt sind, die Zwischenplatte sowie der Deckkörper können durch Gießen und/oder Fräsen, ebenso durch Schmieden und/oder Stanzen, im Strangpressverfahren und/oder mittels eines 3D-Druckverfahrens ausgeformt sein. Bevorzugt liegt der Sockelkasten jedoch als ein Guss- und/oder Frästeil, die Zwischenplatte als ein Stanzteil und der Deckkörper als ein Strangpressteil vor. Der Deckkörper sollte hierbei durch ein Trennen des vorstufigen Strangpressprofils quer zu dessen Längsrichtung gefertigt werden.
  • Es sollte weiterhin vorgesehen sein, dass der Vorlauf und der Rücklauf in Längsrichtung der Kühleinheit und somit des Sockelkastens zueinander beabstandet nebeneinander verlaufen, sodass eine parallele Zufuhr des Kühlmittels zu den Leistungsbauteilen ermöglicht werden kann.
  • In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Zwischenplatte ein
    • - insbesondere von einer Bandrolle oder auch von einem Coil - abgewickeltes Blech und/oder das Blech weist nachbearbeitungsfrei eine eine - bevorzugt mittels Dichtelementen ausgeführte
    • - Abdichtung ermöglichende Oberflächengüte auf. Auf Basis dieser Ausgestaltung entfällt demnach die Notwendigkeit, eine aufwendige Nachbearbeitung der Zwischenplatte
    • - beispielsweise durch ein Fräsverfahren mit einer hohen Taktzeit - zur Bereitstellung der für eine Abdichtung notwendigen Oberflächengüte, hierbei insbesondere hinsichtlich der gemittelten Rautiefe sowie dem Mittenrauwert, durchzuführen. Die als Blech ausgebildete Zwischenplatte weist bereits bedingt durch den zur Erzeugung des Blechs notwendigen Walzprozess die notwendige Oberflächengüte auf und es bedarf lediglich eines weiteren Formgebungsprozesses wie einem Stanzvorgang, um die Zwischenplatte respektive das Blech der Kühleinheit zur Verfügung stellen zu können.
  • Es stellt sich hierbei als zudem vorteilhaft dar, wenn die Zwischenplatte eine gemittelte Rautiefe Rz bis höchstens 10 Mikrometer aufweist, da eine gemittelte Rautiefe in diesem Bereich die entsprechende Oberflächengüte aufweist, um eine Dichtfunktion mittels der Dichtelemente sicherstellen zu können. Beispielsweise ist es denkbar, dass die gemittelte Rautiefe der Zwischenplatte in einem Bereich von 6,3 Mikrometern bis 10 Mikrometern liegt. Eine geringere Rauheit und somit gemittelte Rautiefen kleiner 6,3 Mikrometer sind natürlich ebenso vorteilhaft und möglich.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung ist auch dann als überaus gewinnbringend anzusehen, wenn in der Zwischenplatte je Kühlöffnung - und durch die jeweilige Kühlöffnung umrandend ausgeführt - zumindest zwei Überströmöffnungen ausgebildet sind, von welchen je wenigstens eine Überströmöffnung mit dem Vorlauf, andererseits mit dem Rücklauf durchströmbar verbunden ist und somit je Kühlöffnung und Leistungsbauteil wenigstens eine der Überströmöffnungen dem Vorlauf und wenigstens eine Überströmöffnung dem Rücklauf zugeordnet ist. Dies führt in konstruktiv vorteilhafter Weise dazu, dass das Kühlmittel aus dem Vorlauf in den Bereich der Kühlmittelöffnung und anschließend in den Rücklauf übertreten kann. Der Übertritt des Kühlmittels erfolgt dabei bei mehreren an der Kühleinheit angeordneten Leistungsbauteilen in einer strömungstechnischen Parallelanordnung der Überströmöffnungen, sodass die Temperatur des auf ein jeweiliges Leistungsbauteil einwirkenden Kühlmittels gleich ist und nicht wie bei einer Reihenschaltung, aufgrund der Einwirkung der Abwärme, bei einem folgenden Leistungsbauteil erhöht vorliegt.
  • Die randseitigen Wandungen der Kühlmittelöffnung, die Zwischenplatte und ein die Kühlmittelöffnung abdeckender Boden des Leistungsbauteils formen hierbei eine Kammer aus, in welche das Kühlmittel über die Überströmöffnungen ein- und wieder ausströmt, was einen kontinuierlichen Abtransport der Abwärme garantieren kann.
  • Weiterhin besteht eine überaus erfolgversprechende Ausbildung der Erfindung darin, dass jeweils zwischen Sockelkasten und Zwischenplatte, Zwischenplatte und Deckkörper sowie Deckkörper und Leistungsbauteil eine Verbindung ausgebildet ist und zumindest eine - oder alle - dieser Verbindungen eine abdichtende, insbesondere flächige, stoffschlüssige Verbindung ist. Die jeweilige stoffschlüssige Verbindung kann dabei eine Schweißverbindung z. B. mittels Rührreibschweißens, eine Lötverbindung oder auch Klebeverbindung sein. Denkbar ist weiterhin ein Vergießen von Sockelkasten und Zwischenplatte, Zwischenplatte und Deckkörper und/oder Deckkörper und Leistungsbauteil miteinander.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jeweils zwischen Sockelkasten und Zwischenplatte, Zwischenplatte und Deckkörper sowie Deckkörper und Leistungsbauteil eine Verbindung ausgebildet, wobei zumindest eine - oder alle - dieser Verbindungen eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung ist. Hierdurch kann insbesondere gegenüber einer stoffschlüssigen Verbindung ein zerstörungsfreies Lösen der jeweiligen Verbindung bewirkt werden, wodurch eine vereinfachte Instandhaltung und/oder Reparatur der Kühleinheit gewährleistet werden kann. Die jeweiligen kraft- und/oder formschlüssigen Verbindungen können in diesem Zusammenhang z. B. als Schrauben- und/oder Nietverbindungen ausgeführt sein.
  • Eine vielversprechende Ausführungsform der Kühleinheit ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen Leistungsbauteil und Deckkörper durch Anordnung des Leistungsbauteils über zumindest ein Feststellelement am Deckkörper verwirklicht ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass jedes Feststellelement selbst über einen Kraft- und/oder Formschluss, beispielsweise eine Schraubenverbindung, an dem Deckkörper befestigt ist. Denkbar ist somit eine Klemmung jedes Leistungsbauteils am Deckkörper über wenigstens ein, bevorzugt zwei Feststellelemente, wobei diese im Allgemeinen beispielsweise als Klemmstein ausgebildet sein können.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Kühleinheit sind Sockelkasten, Zwischenplatte und Deckkörper über ein stoffschlüssiges Verfahren miteinander verbunden, wohingegen zwischen Deckkörper und jedem Leistungsbauteil eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung vorliegt. Diese kraft- und/oder formschlüssige Verbindung wird hierbei besonders bevorzugt durch Anordnung jedes Leistungsbauteils mittels des Feststellelements am Deckkörper verwirklicht.
  • Darüber hinaus stellt sich eine Weiterbildung der Erfindung als vielversprechend dar, wenn zur Abdichtung von Sockelkasten gegenüber Zwischenplatte, Zwischenplatte gegenüber Deckkörper und/oder Deckkörper gegenüber jedem Leistungsbauteil Dichtelemente angeordnet sind. Hierfür wäre in zumindest einem, bevorzugt beiden jeweils aneinander angrenzenden Komponenten, somit Sockelkasten und Zwischenplatte, Zwischenplatte und Deckkörper und/oder Deckkörper und jedem Leistungsbauteil jeweils Nuten zur Aufnahme der Dichtelemente vorzusehen. Die Dichtelemente müssten entsprechend in den Bereichen des jeweiligen Übergangs des Kühlmittels zwischen den Komponenten angeordnet werden, um deren Dichtfunktion weitgehend sicherzustellen. So wären beispielsweise Dichtungen um den Vorlauf und Rücklauf des Sockelkastens sowie beidseitig jeder der Kühlöffnungen zwischen Deckkörper und Zwischenplatte als auch zwischen Deckkörper und jedem Leistungsbauteil anzuordnen, sodass kein Kühlmittel in die Zwischenräume oder Fugen zwischen den jeweilig aneinander angrenzenden Komponenten eindringt.
  • Günstig ist es zudem, wenn in jeder Kühlöffnung des Deckkörpers randseitig ein umlaufend anliegendes Dichtelement angeordnet ist, wobei das Dichtelement beidseitig der Kühlöffnung mit Deckkörper sowie Leistungsbauteil Dichtflächen ausbildet, sodass in die Fugen zwischen Leistungsbauteil und Deckkörper sowie Deckkörper und Zwischenplatte kein Kühlmittel eindringen kann. Das Dichtelement dichtet somit die Kühlmittelöffnung respektive Übergangsbereiche des Kühlmittels zwischen Deckkörper und Leistungsbauteil sowie Deckkörper und Zwischenplatte beidseitig der Kühlöffnung ab. Hierbei sollte das Dichtelement, z. B. ein O-Ring oder eine Profildichtung, eine Stauchung von ca. 20 % bis 30 % erfahren, um die Dichtwirkung sicherzustellen. Die Höhe der Stauchung respektive Vorspannung hängt hierbei von den Auslegungskriterien des Dichtelements ab. Hierbei kann die Stauchung respektive Vorspannung des Dichtelements bedingt durch die Anlage am Leistungsbauteil sowie der Zwischenplatte und einer stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbindung des Leistungsbauteils am Deckkörper erfolgen.
  • Ist wenigstens ein Teil aller Dichtelemente unter Durchführung eines Spritzgussverfahrens in einem Spritzgusswerkzeug und/oder durch Auftrag einer - insbesondere aushärtenden - Dichtmasse oder auch Flüssigdichtung angeformt, so ist dies dahingehend als günstig zu betrachten, dass dadurch einerseits ein parallelisiertes Herstellungsverfahren mit beispielsweise gegenüber dem Einsetzen von Dichtelementen vereinfachter Automatisierungsmöglichkeit besteht und somit eine bessere Integration in eine Fertigungsstraße möglich ist. Parallelisiert meint hierbei, dass die angeformten Dichtelemente nicht in einem seriellen Arbeitsgang, z. B. mittels eines Roboterarms aufgetragen werden, wodurch eine deutlich geringere Taktzeit zu realisieren ist. Andererseits besteht eben die Möglichkeit, die Dichtelemente seriell durch Auftragen einer Dichtmasse respektive Flüssigdichtung anzuformen, was Investitionskosten für die bei einem Spritzguss notwendigen Spritzgussformen einsparen kann, was insbesondere bei Kleinserien vorteilhaft wäre. Die angeformten Dichtelemente sollten entsprechend aus einem thermisch formbaren Elastomer, beispielsweise Gummi, oder einem weichen - somit elastisch und/oder plastisch unter geringer mechanischer Beanspruchung verformbaren - Kunststoff bestehen.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind Ausführungsformen in der Zeichnung dargestellt, welche nachfolgend beschrieben werden. Die Zeichnung zeigt in
    • 1 eine Explosionsdarstellung einer Kühleinheit;
    • 2 einen Längsschnitt einer Kühleinheit;
    • 3 mehrere Ansichten einer Kühleinheit;
    • 4 eine Aufsicht auf eine Kühleinheit.
  • 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Kühleinheit 1 zur Kühlung der drei an der Kühleinheit 1 angeordneten Leistungsbauteile 2. Die Kühleinheit 1 weist hierbei den Sockelkasten 3 mit dem Vorlauf 4 und dem Rücklauf 5 sowie den gegenüber dem Sockelkasten 3 abschnittsweise überdeckend angeordneten Deckkörper 6 auf. Abschnittsweise überdeckend daher, da in dem Deckkörper 6 je Leistungsbauteil 2 eine Kühlöffnung 7 ausgeformt ist. Die Kühlöffnungen 7 dienen dabei der unmittelbaren Zufuhr von Kühlmittel zu den die jeweilige Kühlöffnung 7 abdeckenden Leistungsbauteilen 2. Weiterhin ist zwischen dem Sockelkasten 3 und dem Deckkörper 6 die als Blech ausgebildete Zwischenplatte 8 angeordnet, welche je Kühlöffnung 7 zwei Überströmöffnungen 9 und somit insgesamt sechs Überströmöffnungen 9 aufweist. Pro Kühlöffnung 7 ist zudem eine Überströmöffnung 9 mit dem Vorlauf 4 und eine Überströmöffnung 9 mit dem Rücklauf 5 durchströmbar verbunden, wodurch in strömungstechnischer Parallelschaltung das Kühlmittel jeweils aus dem Vorlauf 4 in den Bereich der Kühlmittelöffnung 7 und anschließend in den Rücklauf 5 übertreten und die Abwärme der jeweiligen Leistungsbauteile 2, welche hierbei als Leistungsmodule ausgebildet sind, abführen kann. Vorlauf 4 und Rücklauf 5 sind im Sockelkasten 3 als Taschen ausgeformt, wobei Vorlauf 4 und Rücklauf 5 in Längsrichtung der Kühleinheit 1 und somit des Sockelkastens 3 zueinander beabstandet nebeneinander verlaufen. Hierbei verändern sich die lichten Weiten von Vorlauf 4 und Rücklauf 5 in entgegengesetzter Weise, wobei die jeweilige lichte Weite im Bereich des Medienanschlusses 13 des Vorlaufs 4 und des Medienanschlusses 14 des Rücklaufs 5 am größten ist und sich mit zunehmendem Abstand zum jeweiligen Medienanschluss 13,14 verringert. Vorlauf 4 und Rücklauf 5 sind somit zueinander gespiegelt ausgebildet. Zur Abdichtung der Zwischenplatte 8 gegenüber dem Deckkörper 6 sowie des Deckkörpers 6 gegenüber jedem Leistungsbauteil 2 sind in der Kühleinheit 1 zudem die Dichtelemente 11 angeordnet. Überdies sind zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung der Leistungsbauteile 2 am Deckkörper 6, in Längsrichtung der Kühleinheit 1 je beidseitig der Leistungsbauelemente 2, die vier Feststellelemente 10 in Form von Klemmsteinen angeordnet, welche ihrerseits über Schrauben am Deckkörper 6 befestigt werden.
  • In 2 ist ein Längsschnitt der Kühleinheit 1 dargestellt, wobei zwischen Sockelkasten 3 und Zwischenplatte 8 sowie Zwischenplatte 8 und Deckkörper 6 eine abdichtende stoffschlüssige Verbindung ausgebildet ist. Hingegen sind zwischen dem Deckkörper 6 und den jeweiligen Leistungsbauteilen 2 kraft- und/oder formschlüssige Verbindungen ausgebildet, wobei diese durch die Anordnung der Leistungsbauteile 2 über die Feststellelemente 10 am Deckkörper 6 verwirklicht sind. Hierbei ist weiterhin in jeder Kühlöffnung 7 des Deckkörpers 6 randseitig ein umlaufend anliegendes Dichtelement 11 angeordnet, wobei das jeweilige Dichtelement 11 beidseitig der Kühlöffnung 7 mit Deckkörper 6 sowie Leistungsbauteil 2 die Dichtflächen 12 ausbildet.
  • 3 sind weiterhin mehrere Ansichten der Kühleinheit 1 zu entnehmen, an welcher zur Abfuhr von Abwärme die drei Leistungsbauteile 2 über die Feststellelemente 10 angeordnet sind. Hierbei weist die Kühleinheit 1 erneut den Aufbau aus Sockelkasten 3, Zwischenplatte 8 und Deckkörper 6 auf.
  • 4 zeigt eine Aufsicht auf eine Kühleinheit 1, wobei an der Kühleinheit 1 wiederum drei Leistungsbauteile 2 angeordnet sind. Hierbei sind jedoch zwischen Deckkörper 6 und den Leistungsbauteilen 2 abdichtende stoffschlüssige Verbindungen in Form von Schweißverbindungen 15 ausgebildet.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kühleinheit
    2
    Leistungsbauteil
    3
    Sockelkasten
    4
    Vorlauf
    5
    Rücklauf
    6
    Deckkörper
    7
    Kühlöffnung
    8
    Zwischenplatte
    9
    Überströmöffnung
    10
    Feststellelement
    11
    Dichtelement
    12
    Dichtfläche
    13
    Medienanschluss
    14
    Medienanschluss
    15
    Schweißverbindung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102005048100 A1 [0004]
    • DE 10038178 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Kühleinheit (1) zur Abfuhr von Abwärme von zumindest einem Leistungsbauteil (2), wobei die Kühleinheit (1) einen Sockelkasten (3) mit einem Vorlauf (4) und einem Rücklauf (5) sowie einen gegenüber dem Sockelkasten (3) abschnittsweise überdeckend angeordneten Deckkörper (6) aufweist und in dem Deckkörper (6) je Leistungsbauteil (2) eine Kühlöffnung (7) zur unmittelbaren Zufuhr von Kühlmittel zu dem die Kühlöffnung (7) abdeckend an der Kühleinheit (1) angeordneten Leistungsbauteil (2) ausgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Sockelkasten (3) und Deckkörper (6) eine Zwischenplatte (8) angeordnet ist.
  2. Kühleinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (8) ein abgewickeltes Blech ist und/oder das Blech nachbearbeitungsfrei eine eine Abdichtung ermöglichende Oberflächengüte aufweist.
  3. Kühleinheit (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (8) eine gemittelte Rautiefe Rz bis höchstens 10 Mikrometer aufweist.
  4. Kühleinheit (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zwischenplatte (8) je Kühlöffnung (7) zumindest zwei Überströmöffnungen (9) ausgebildet sind, von welchen je wenigstens eine Überströmöffnung (9) mit dem Vorlauf (4), andererseits mit dem Rücklauf (5) durchströmbar verbunden ist.
  5. Kühleinheit (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen Sockelkasten (3) und Zwischenplatte (8), Zwischenplatte (8) und Deckkörper (6) sowie Deckkörper (6) und Leistungsbauteil (2) eine Verbindung ausgebildet ist und zumindest eine dieser Verbindungen eine abdichtende stoffschlüssige Verbindung ist.
  6. Kühleinheit (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen Sockelkasten (3) und Zwischenplatte (8), Zwischenplatte (8) und Deckkörper (6) sowie Deckkörper (6) und Leistungsbauteil (2) eine Verbindung ausgebildet ist und zumindest eine dieser Verbindungen eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung ist.
  7. Kühleinheit (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen Leistungsbauteil (2) und Deckkörper (6) durch Anordnung des Leistungsbauteils (2) über zumindest ein Feststellelement (10) am Deckkörper (6) verwirklicht ist.
  8. Kühleinheit (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung von Sockelkasten (3) gegenüber Zwischenplatte (8), Zwischenplatte (8) gegenüber Deckkörper (6) und/oder Deckkörper (6) gegenüber jedem Leistungsbauteil (2) Dichtelemente (11) angeordnet sind
  9. Kühleinheit (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Kühlöffnung (7) des Deckkörpers (6) randseitig ein umlaufend anliegendes Dichtelement (11) angeordnet ist, wobei das Dichtelement (11) beidseitig der Kühlöffnung (7) mit Deckkörper (6) sowie Leistungsbauteil (2) Dichtflächen (12) ausbildet.
  10. Kühleinheit (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil aller Dichtelemente (11) unter Durchführung eines Spritzgussverfahrens in einem Spritzgusswerkzeug und/oder durch Auftrag einer Dichtmasse angeformt ist.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020207947A1 (de) * 2019-11-25 2021-05-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Kühlanordnung für elektronische Komponenten eines Kraftfahrzeugs und Herstellungsverfahren dafür
CN115226367A (zh) * 2021-04-15 2022-10-21 大众汽车股份公司 用于冷却汽车的电子部件的冷却装置及其制造方法
EP4095900A1 (de) * 2021-05-28 2022-11-30 Hitachi Energy Switzerland AG Klemmelement und verfahren zur herstellung eines leistungshalbleiterbauelements
WO2024188707A1 (de) * 2023-03-16 2024-09-19 Robert Bosch Gmbh Fluiddurchströmbarer kühler zum kühlen von mindestens zwei elektrischen und/oder elektronischen baugruppen
WO2024217838A1 (de) * 2023-04-20 2024-10-24 Robert Bosch Gmbh Fluiddurchströmbarer kühler zum kühlen von mindestens zwei elektrischen und/oder elektronischen baugruppen

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116130447A (zh) * 2021-11-12 2023-05-16 比亚迪半导体股份有限公司 半导体功率模块、电机控制器以及车辆

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10038178A1 (de) 2000-08-04 2002-02-21 Eupec Gmbh & Co Kg Kühlschiene für die direkte Fluidkühlung von Schaltungsmodulen, insbesondere Halbleitermodulen, Leistungshalbleitermodulen oder dergleichen
DE102005048100A1 (de) 2005-09-30 2007-04-05 Robert Bosch Gmbh Elektrisches Gerät, insbesondere elektronisches Steuergerät für Kraftfahrzeuge
EP2665093A1 (de) * 2011-01-12 2013-11-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Kühler
DE112015007145T5 (de) * 2015-11-25 2018-08-30 Mitsubishi Electric Corporation Halbleitervorrichtung, Invertervorrichtung und Automobil

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005034998B4 (de) * 2005-07-27 2016-06-23 Behr Industry Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Kühlung von elektronischen Bauelementen sowie Vorrichtung zur Kühlung von elektronischen Bauelementen
DE102010043446B3 (de) * 2010-11-05 2012-01-12 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitersystem
DE102011076325B4 (de) * 2011-05-24 2016-05-04 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Kühlanordnung für eine leistungselektronische Komponente mit Subsystemen und einer Kühleinrichtung
DE102012107684A1 (de) * 2012-08-21 2014-02-27 Autokühler GmbH & Co KG Kühlkörper für mindestens ein zu kühlendes Bauelement sowie Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers
DE102013109589B3 (de) * 2013-09-03 2015-03-05 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitereinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung
DE102014104194B4 (de) * 2014-03-26 2021-02-25 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitereinrichtung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10038178A1 (de) 2000-08-04 2002-02-21 Eupec Gmbh & Co Kg Kühlschiene für die direkte Fluidkühlung von Schaltungsmodulen, insbesondere Halbleitermodulen, Leistungshalbleitermodulen oder dergleichen
DE102005048100A1 (de) 2005-09-30 2007-04-05 Robert Bosch Gmbh Elektrisches Gerät, insbesondere elektronisches Steuergerät für Kraftfahrzeuge
EP2665093A1 (de) * 2011-01-12 2013-11-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Kühler
DE112015007145T5 (de) * 2015-11-25 2018-08-30 Mitsubishi Electric Corporation Halbleitervorrichtung, Invertervorrichtung und Automobil

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020207947A1 (de) * 2019-11-25 2021-05-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Kühlanordnung für elektronische Komponenten eines Kraftfahrzeugs und Herstellungsverfahren dafür
CN115226367A (zh) * 2021-04-15 2022-10-21 大众汽车股份公司 用于冷却汽车的电子部件的冷却装置及其制造方法
EP4095900A1 (de) * 2021-05-28 2022-11-30 Hitachi Energy Switzerland AG Klemmelement und verfahren zur herstellung eines leistungshalbleiterbauelements
WO2022248126A1 (en) * 2021-05-28 2022-12-01 Hitachi Energy Switzerland Ag Clamping element and method for producing a power semiconductor device
CN117397022A (zh) * 2021-05-28 2024-01-12 日立能源有限公司 用于制造功率半导体器件的夹持元件和方法
JP7527508B2 (ja) 2021-05-28 2024-08-02 ヒタチ・エナジー・リミテッド クランプ要素およびパワー半導体デバイスの製造方法
US12125767B2 (en) 2021-05-28 2024-10-22 Hitachi Energy Ltd Clamping element and method for producing a power semiconductor device
WO2024188707A1 (de) * 2023-03-16 2024-09-19 Robert Bosch Gmbh Fluiddurchströmbarer kühler zum kühlen von mindestens zwei elektrischen und/oder elektronischen baugruppen
WO2024217838A1 (de) * 2023-04-20 2024-10-24 Robert Bosch Gmbh Fluiddurchströmbarer kühler zum kühlen von mindestens zwei elektrischen und/oder elektronischen baugruppen

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