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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum gleichmäßigen Kühlen von mindestens zwei Bauteilen, aufweisend mindestens ein Kühlmodul und mindestens zwei thermisch mit dem Kühlmodul verbundene Bauteile, wobei das mindestens eine Kühlmodul einen Kühlmittelkanal zum Führen eines Kühlmittels aufweist, wobei das Kühlmittel durch einen Kühlmittelzulauf in den Kühlmittelkanal hineinleitbar und durch einen Kühlmittelauslauf aus dem Kühlmittelkanal hinausleitbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Elektronische Bauteile zum Handhaben hoher Leistungen, wie beispielsweise Leistungshalbleiter und insbesondere IGBTs, benötigen Kühler zum Abführen überschüssiger Wärme. Üblicherweise werden an derartigen Komponenten Kühler mit Kühlrippen oder Kühlstäben angeordnet. Die Kühler sind üblicherweise in einem Kühlmittelkanal positioniert und werden von einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs umströmt.
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Aus der
DE 10 2012 107 684 A1 ist ein Kühlkörper für ein Bauelement bekannt. Der Kühlkörper weist eine zwischen einer Grundplatte und einer Deckplatte ausgebildete Fluidpassage zum Führen eines Kühlmittels auf. In der Fluidpassage ist mindestens ein Turbulator mit einer Rippenstruktur zum Erhöhen einer wärmeabführenden Oberfläche angeordnet. Der Turbulator, die Grundplatte und die Deckplatte sind mittels eines induktiven Lötverfahrens flächendeckend miteinander verbunden.
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Die
DE 101 02 621 B4 zeigt ein Leistungsmodul mit einem Trägerkörper. Eine Oberseite des Trägerkörpers ist mit elektronischen Komponenten bestückt. Auf einer Unterseite des Trägerkörpers ist ein strukturierter Kühlkörper angeordnet.
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Bei einem Einsatz von mehreren Bauteilen, welche Wärme erzeugen und aktiv gekühlt werden müssen, ist eine gleichmäßige Einstellung der Betriebstemperatur der Bauteile oftmals problematisch. Die bekannten Kühlsysteme und Kühlkörper können lediglich nur ein Bauteil kühlen oder weisen einen Temperaturgradienten des Kühlmittels auf, welcher in Richtung eines Kühlmittelauslaufs zunimmt. Es sind zwar Kühlsysteme bekannt, bei welchen die Bauteile durch parallel geschaltete Kühlmittelströme mit gleicher Vorlauftemperatur gekühlt werden, jedoch sind derartige Kühlsysteme komplex, erfordern mehrere Kühlkörper und weisen einen erhöhten Durchflusswiderstand des Kühlmittels auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum effizienten und preiswerten Abkühlen mehrerer Bauteile zu schaffen, bei der die Bauteile eine möglichst geringe Temperaturdifferenz zueinander aufweisen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zum gleichmäßigen Kühlen von mindestens zwei Bauteilen bereitgestellt. Die Anordnung weist mindestens ein Kühlmodul und mindestens zwei thermisch mit dem Kühlmodul verbundene Bauteile auf. Das mindestens eine Kühlmodul weist einen Kühlmittelkanal zum Führen eines Kühlmittels auf. Das Kühlmittel ist durch einen Kühlmittelzulauf in den Kühlmittelkanal hineinleitbar und durch einen Kühlmittelauslauf aus dem Kühlmittelkanal hinausleitbar. Erfindungsgemäß sind in dem Kühlmittelkanal mindestens zwei Kühlstrukturen zum bereichsweisen Einstellen unterschiedlicher Wärmeströme zwischen den mindestens zwei Bauteilen und dem Kühlmittel angeordnet.
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Die mindestens zwei Kühlstrukturen können vorzugsweise derart ortsfest in dem Kühlmittelkanal angeordnet sein, dass sie die thermische Wärmeleitfähigkeit des Kühlmoduls im Bereich der Bauteile beeinflussen. Somit kann der abgeführte Wärmestrom des Kühlmoduls individuell und ortsvariabel durch den Einsatz unterschiedlicher oder gleichartiger Kühlstrukturen eingestellt werden.
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Die Bauteile können beispielsweise elektrische oder elektronische Bauteile, Elemente oder Komponenten sein, welche im Betrieb Joul'sche Wärme erzeugen. Insbesondere können die mindestens zwei Bauteile Leistungshalbleiter, sogenannte Powerunits, LEDs, Prozessoren und dergleichen sein. Die Bauteile können eine gleiche oder unterschiedliche Verlustleistung bzw. Abwärme erzeugen.
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Durch die Ausgestaltung der Kühlstrukturen im Kühlmittelkanal kann die Kühlwirkung und somit die abführbare Wärmemenge des Kühlmoduls im Vorfeld örtlich variabel eingestellt werden. Die abführbare Wärmemenge kann vorzugsweise durch die Wärmeleitfähigkeit definiert sein. Somit kann ein Kühlmodul bereitgestellt werden, welches eine oder mehrere Kühlflächen mit einer gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Wärmeleitfähigkeitsverteilung aufweist. Somit können thermisch mit den Kühlflächen verbundene Bauteile abhängig von der Kühlmitteltemperaturverteilung im Kühlmittelkanal und abhängig von der Verlustwärme des jeweiligen Bauteils und dessen Position gleichmäßig gekühlt werden. Die Anordnung kann analog auch zum Aufwärmen von Bauteilen eingesetzt werden.
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Die Anordnung kann somit effektiv zur Reduzierung eines Temperaturgradienten zwischen den Bauteilen eingesetzt werden, sodass die Haltbarkeit und die Zuverlässigkeit der Bauteile steigen.
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Durch den Einsatz der Kühlstrukturen im Kühlmittelkanal kann die Druckdifferenz des Kühlmittels zwischen dem Kühlmitteleinlauf und dem Kühlmittelauslauf minimiert werden. Darüber hinaus können der Kühlmittelkanal und damit auch das Kühlmodul flach und dadurch besonders platzsparend ausgeführt sein.
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Durch den Einsatz von unterschiedlich ausgestalteten Kühlstrukturen im Kühlmodul kann die Kühlleistung des Kühlmoduls erhöht werden, wobei das Kühlmodul technisch einfach aufgebaut sein kann. Beispielsweise kann der Kühlmittelkanal eine rechteckige Grundform aufweisen, in welche die Kühlstrukturen formschlüssig oder stoffschlüssig einsetzbar sind. Somit kann eine aufwändige Konstruktion und Fertigung des Kühlmoduls vermieden werden.
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Ein derartiges Kühlmodul kann darüber hinaus interne Wände bzw. Führungen aufweisen, welche eine Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung der Kühlstrukturen ermöglichen. Hierdurch können auch mehrere Kühlstrukturen pro Bauteil vorgesehen sein. Insbesondere großflächige Bauteile können einen internen Temperaturgradienten aufweisen, welcher durch mehrere Kühlstrukturen kompensiert werden kann. Des Weiteren können mehrere in Reihe fluidleitend miteinander verbundene Kühlstrukturen innerhalb des Kühlmittelkanals mit weiteren Kühlstrukturen parallel angebunden werden.
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Die Anordnung kann ein kosteneffizientes und flexibles Kühlkonzept zum gleichmäßigen Abführen von Wärme aus Bauteilen bei gleichzeitig geringem hydraulischen Widerstand des Kühlmittels bereitstellten. Durch das gleichmäßige Abführen von Wärme können die Bauteile auf ein im Wesentlichen gleiches Temperaturniveau gekühlt werden. Dabei können durch die Wahl der jeweiligen eingesetzten Kühlstrukturen der Kühlbedarf der Bauteile, Druckverluste im Kühlmittelkanal, Temperaturgradienten des Kühlmittels im Kühlmittelkanal und dergleichen kompensiert werden.
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Die Wärmeleitfähigkeitsverteilung der Kühlflächen des Kühlmoduls kann besonders flexibel eingestellt werden, wenn die mindestens zwei Kühlstrukturen als Turbulenzstrukturen, Anströmungsdüsen, Anströmungslöcher, Anströmungsflächen und/oder Kühlkörper ausgestaltet sind. Abhängig von der Art der Kühlstruktur kann die Effizienz der Kühlung in dem Bereich des Kühlmittelkanals, in dem die Kühlstruktur angeordnet ist, beeinflusst und somit der mögliche Wärmestrom eingestellt werden. Der durch die jeweiligen Kühlstrukturen eingestellte Wärmestrom kann im Wesentlichen auf die Ausdehnung der Kühlstrukturen beschränkt sein. Somit können unterschiedliche Kühlstrukturen zum Steuern der Wärmeleitfähigkeitsverteilung des Kühlmoduls nebeneinander bzw. in kleinen Abständen zueinander angeordnet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die mindestens zwei Kühlstrukturen an einem Boden des Kühlmittelkanals, an einer Decke des Kühlmittelkanals, in einem Bereich zwischen dem Boden und der Decke des Kühlmittelkanals und/oder den Kühlmittelkanal ausfüllend zwischen dem Boden und der Decke angeordnet. Hierdurch kann die Wärmeleitfähigkeit des Kühlmittelkanals an den entsprechenden Positionen der Kühlstrukturen zusätzlich gesteuert werden. Neben der Form, der Art und dem Material der Kühlstrukturen kann somit eine weitere Einstellungsmöglichkeit für die Wärmeleitfähigkeit bereitgestellt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weisen die mindestens zwei Kühlstrukturen zum Einstellen von unterschiedlich hohen Wärmeströmen unterschiedliche Geometrien, unterschiedlich hohe Strukturdichten und/oder unterschiedliche Dimensionen auf. Die Kühlstrukturen können beispielsweise eine Dimension aufweisen, welche sich auf die Kühleffizienz auswirkt. Beispielsweise können feinmaschig ausgestaltete Turbulenzstrukturen eine effizientere Wärmeübertragung ermöglichen als grobmaschige Turbulenzstrukturen. Hierdurch kann auch die Strukturdichte eingestellt werden, welche beispielsweise bei feinmaschigen Turbulenzstrukturen höher ist als bei grobmaschigen Turbulenzstrukturen.
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Die Geometrie kann darüber hinaus eine Art der Kühlstruktur definieren. Beispielsweise können Turbulenzstrukturen in Form von Rampen, Wellenstrukturen, Strömungsflächen und dergleichen ausgebildet sein und somit unterschiedlichen Einfluss auf den möglichen Wärmestrom vom Bauteil in das Kühlmittel aufweisen.
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Eine Kühlstruktur kann technisch besonders einfach aufgebaut sein, wenn eine als Turbulenzstrukturen ausgestaltete Kühlstruktur mindestens zwei wellenförmige Streifenelemente aufweist. Die Streifenelemente weisen vorzugsweise sich abwechselnd angeordnete Wellenberge und Wellentäler auf. Die Streifenelemente weisen einen Versatz in Flussrichtung des Kühlmittels auf, wobei zum Erhöhen eines Wärmestromes der Versatz zwischen den Streifenelementen reduziert, die Anzahl an Streifenelementen erhöht, eine Ausdehnung der Wellenberge in Flussrichtung reduziert und/oder eine Ausdehnung der Wellentäler in Flussrichtung reduziert ist. Hierdurch kann die Wärmeleitfähigkeit im Bereich der als Turbulenzstruktur ausgestalteten Kühlstruktur besonders präzise eingestellt werden. Insbesondere können unterschiedlich geformte und/oder dimensionierte Turbulenzblechstrukturen zur gleichen Wärmeabfuhr der Bauteile eingesetzt werden. Der resultierende Wärmestrom kann aufgrund der unterschiedlichen Kühlstrukturen mögliche Temperaturgradienten und Druckgradienten des Kühlmittels ausgleichen und somit in einer gleichmäßigen Kühlung der Bauteile resultieren.
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Der Wärmestrom des Kühlmoduls kann zusätzlich gesteuert werden, wenn die mindestens zwei Kühlstrukturen zum bereichsweisen Einstellen von unterschiedlichen Wärmeströmen aus unterschiedlichen Materialen hergestellt sind. Vorzugsweise sind derartige Kühlstrukturen wärmeleitend mit den Wänden bzw. den Kühlflächen des Kühlmoduls verbunden. Hierdurch kann das Material der Kühlstrukturen zusätzlich für die Einstellung der Wärmeleitfähigkeit eingesetzt werden, da die Wärmeleitfähigkeit auch von der Materialwahl abhängt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform sind die mindestens zwei Kühlstrukturen in Flussrichtung miteinander verbunden oder sind als eine Kühlstruktur mit einer sich in Flussrichtung verändernden Wärmestromverteilung ausgestaltet. Hierdurch kann der Kühlmittelkanal zumindest bereichsweise mit mehreren Kühlstrukturen gefüllt werden, welche miteinander verbunden sind oder stoffschlüssig ineinander übergehen.
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Einteilig miteinander verbundene Kühlstrukturen können besonders einfach montiert werden. Vorzugsweise können derartige Kühlstrukturen passgenau in dem Kühlmittelkanal einsetzbar sein.
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Das Kühlmodul kann technisch einfach aufgebaut sein, wenn die mindestens zwei Bauteile voneinander beabstandet an einer dem Kühlmittelkanal abgewandten Seite der Decke des Kühlmoduls angeordnet sind. Die mindestens zwei Kühlstrukturen zum Einstellen unterschiedlicher Wärmeströme sind voneinander beabstandet im Kühlmittelkanal angeordnet, wobei mindestens eine Kühlstruktur jeweils im Bereich eines Bauteils im Kühlmittelkanal angeordnet ist. Hierdurch kann beispielsweise eine Decke des Kühlmittelkanals als eine Kühlfläche dienen und somit einen unmittelbaren Wärmeaustausch zwischen den Kühlstrukturen bzw. dem Kühlmittel und den Bauteilen gewährleisten.
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Da die Temperatur im Kühlmittelkanal üblicherweise mit zunehmender Verweildauer des Kühlmittels zunimmt, können die Bauteile besonders gleichmäßig gekühlt werden, wenn die durch die mindestens zwei Kühlstrukturen eingestellten Wärmeströme in Richtung des Kühlmittelauslaufs zunehmen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer erfindungsgemäßen Anordnung bereitgestellt. Bevorzugterweise ist ein Kühlmittelkanal der mindestens einen Anordnung fluidleitend mit einem Fahrzeugkühlmittelkreislauf verbunden.
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Hierdurch kann das Fahrzeug eine oder mehrere Anordnungen aufweisen, welche jeweils mehrere Bauteile gleichmäßig kühlen bzw. thermisch einstellen können. Somit können die eingesetzten Bauteile auf einer gleichmäßigen Temperatur betrieben werden, sodass die Zuverlässigkeit erhöht wird. Insbesondere können Temperaturgradienten zwischen den Bauteilen und somit abweichende Eigenschaften, wie beispielsweise Leistungsfähigkeit, der Bauteile verhindert werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einer Ausführungsform,
- 2a und 2b schematische Schnittdarstellungen der Anordnung aus 1,
- 3a, 3b und 3c schematische Schnittdarstellungen zum Veranschaulichen unterschiedlicher Kühlstrukturen,
- 4a und 4b schematische Schnittdarstellungen eines Kühlmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
- 5a und 5b schematische Schnittdarstellungen eines Kühlmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und
- 6 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Anordnung 100 ist dazu eingerichtet, mehrere Bauteile 10 gleichmäßig zu kühlen. Hierbei weist die Anordnung 100 beispielhaft drei Bauteile 10 auf, welche für ihren Betrieb thermisch geregelt werden. Hierzu sind die Bauteile 10 mit einem Kühlmodul 20 thermisch leitfähig verbunden.
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Die Bauteile 10 sind als gleiche Leistungshalbleiter ausgeführt. Alternativ können die Bauteile 10 unterschiedliche Leistungsfähigkeit und/oder unterschiedlichen Kühlbedarf aufweisen. Insbesondere können die Bauteile 10 als sogenannte Powermodule mit mehreren Leistungshalbleitern und weiterer elektronischer Ansteuerung ausgestaltet sein. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die Bauteile 10 stoffschlüssig mit dem Kühlmodul 20 verbunden. Beispielsweise können die Bauteile 10 durch einen wärmeleitfähigen Kleber mit dem Kühlmodul 20 verbunden sein. Die Bauteile 10 sind an einer Decke 21 des Kühlmoduls 20 angeordnet.
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Das Kühlmodul 20 weist einen Kühlmittelkanal 30 (2a) zum Führen eines Kühlmittels auf. Das Kühlmittel kann vorzugsweise eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder eine wässrige Lösung, sein. Das Kühlmittel wird durch einen Kühlmittelzulauf 31 in den Kühlmittelkanal 30 hineingeführt und durch einen Kühlmittelauslauf 32 aus dem Kühlmittelkanal 30 hinausgeleitet. Die Pfeile veranschaulichen schematisch die Flussrichtung R des Kühlmittels.
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Das Kühlmodul 20 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel rechteckig ausgeführt und weist einen der Decke 21 gegenüberliegenden Boden 22 und Seitenwände 23, 24, 25, 26 auf. Hierdurch ist das Kühlmodul 20 kastenförmig ausgeformt und bildet in einem Innenraum den Kühlmittelkanal 30 aus. Die Decke 21 des Kühlmoduls 20 ist länglich ausgeführt, damit die drei Bauteile 10 auf der Decke 21 des Kühlmoduls 20 nebeneinander angeordnet werden. Hierdurch sind die Seitenwände 23, 24 ebenfalls gegenüber den kurzen Seitenwänden 25, 26 verlängert ausgeführt.
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In den 2a und 2b sind schematische Schnittdarstellungen der Anordnung aus 1 gezeigt. Die 2a zeigt eine erste Schnittdarstellung, bei welcher der Kühlmittelkanal 30 in Form einer Draufsicht verdeutlicht ist. Das Kühlmittel kann durch den Kühlmittelzulauf 31 in den Kühlmittelkanal 30 hineingeleitet werden. Anschließend kann das Kühlmittel dem Kühlmittelkanal 30 folgen.
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In dem Kühlmittelkanal 30 sind drei Kühlstrukturen 40, 41, 42 angeordnet. Die Kühlstrukturen 40, 41, 42 sind in Flussrichtung R mittig im Kühlmittelkanal 30 jeweils unterhalb eines Bauteils 10 angeordnet. Die Kühlstrukturen 40, 41, 42 verbessern bereichsweise die Kühlwirkung des Kühlmoduls 20.
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Dargestellt ist weiterhin schematisch ein Temperaturgradient des Kühlmittels. Insbesondere heizt sich das Kühlmittel in Richtung des Kühlmittelauslaufs 32 auf, wodurch die Kühlwirkung des Kühlmoduls 20 in Richtung des Kühlauslaufs 32 abnimmt. Diese nachlassende Kühlwirkung kann durch entsprechend ausgestaltete Kühlstrukturen 40, 41, 42 kompensiert werden. Somit weist die erste Kühlstruktur 40 eine beste Kühlwirkung bzw. Kühleffizienz der Kühlstrukturen 40, 41, 42 auf. Die zweite Kühlstruktur 41 weist eine reduzierte Kühlwirkung und die dritte Kühlstruktur 42 weist die schlechteste Kühlwirkung auf. Die Kühlwirkung kann durch eine Wärmeleitfähigkeit und/oder einen maximal möglichen Wärmestrom zwischen einem Bauteil 10 und dem Kühlmittel definiert sein.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die Kühlstrukturen 40, 41, 42 voneinander und von den Seitenwänden 23, 24, 25, 26 des Kühlmoduls 20 beabstandet.
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In der 2b ist der Schnitt A-A aus der 2a gezeigt, welcher den Kühlmittelkanal 30 seitlich darstellt. Im Unterschied zur 2a wird der Kühlmittelkanal 30 durch die Kühlstrukturen 40, 41, 42 im Wesentlichen ausgefüllt.
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Die Kühlstrukturen 40, 41, 42 weisen in Flussrichtung R keinen Abstand zueinander auf. Des Weiteren weisen die Kühlstrukturen 40, 41, 42 eine gleiche Höhe H wie der Kühlmittelkanal 30 auf. Im Bereich des Kühlmittelzulaufs 31 und des Kühlmittelauslaufs 32 ist der Kühlmittelkanal 30 nicht mit den Kühlstrukturen 40, 41, 42 ausgefüllt. Hierdurch kann eine optimale Anströmung der Kühlstrukturen 40, 41, 42 realisiert werden. Die Kühlstrukturen 40, 41, 42 werden analog zur 1 und 2a durch das Kühlmittel seriell durchströmt.
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Die 3a, 3b und 3c zeigen schematische Schnittdarstellungen zum Veranschaulichen unterschiedlicher beispielhafter Kühlstrukturen 40, 41, 42, 43. Die Kühlstrukturen 40, 41, 42, 43 sind als Turbulenzstrukturen ausgestaltet. Insbesondere weisen die in 3a, 3b und 3c gezeigten Kühlstrukturen 40, 41, 42 eine Wellengeometrie auf. Die unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten der Kühlstrukturen 40, 41, 42 wird durch die unterschiedliche Wellengeometrie und Wellendichte erreicht.
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Die als Turbulenzstrukturen ausgestalteten Kühlstrukturen 40, 41, 42 weisen mindestens zwei wellenförmige Streifenelemente 44 auf. Die Streifenelemente 44 bestehen aus Wellenbergen 45 und Wellentälern 46, welche sich in Flussrichtung R abwechseln. Die Streifenelemente 44 weisen einen Versatz V1, V2, V3 in Flussrichtung R des Kühlmittels auf. Zum Erhöhen des möglichen Wärmestroms ist der Versatz V1, V2, V3 zwischen den Streifenelementen 44 zunehmend geringer, wodurch die Verwirbelung des Kühlmittels erhöht wird. Die Streifenelemente 44 sind quer zur Flussrichtung R nebeneinander angeordnet. Vorzugsweise sind die Streifenelemente 44 miteinander bereichsweise verbunden.
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Durch den Versatz V1, V2, V3 sind seitliche Öffnungen der nebeneinanderliegenden Wellenstrukturen bzw. der Streifenelemente 44 zueinander unterschiedlich groß. Große Öffnungen erzeugen geringere Wärmeleitfähigkeiten, kleine Öffnungen erzielen höhere Wärmeleitfähigkeiten.
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In der 3a ist beispielshaft die erste Kühlstruktur 40 dargestellt, welche eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann. Die 3b zeigt die zweite Kühlstruktur 41, bei der ein gegenüber der ersten Kühlstruktur 40 größerer Versatz V2 eingestellt ist. In der 3c ist die dritte Kühlstruktur 42 mit dem größten Versatz V3 veranschaulicht.
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Die 3d zeigt eine weitere beispielhafte Kühlstruktur 43, welche zum Einstellen eines Wärmestroms einsetzbar ist. Anstatt einer Wellenstruktur ist die Kühlstruktur 43 in Form von mehreren Rampen ausgeführt, welche das Kühlmittel in Richtung der Decke 21 ablenken können. Die Rampen können in Flussrichtung R und quer zur Flussrichtung R voneinander beabstandet sein und/oder einen Versatz zueinander aufweisen.
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In den 4a und 4b sind schematische Schnittdarstellungen eines Kühlmoduls 20 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die 4a zeigt einen Querschnitt B-B aus 4b. Im Unterschied zu den bereits gezeigten Ausführungsbeispielen sind zum Kühlen jedes Bauteils 10 jeweils zwei unterschiedliche Kühlstrukturen 40, 41 vorgesehen. Hierdurch können bauteilinterne Temperaturgradienten ausgeglichen werden. Die Kühlstrukturen 40, 41 sind durch Wände 50 voneinander beabstandet. Des Weiteren sind die Kühlstrukturen 40, 41 der jeweiligen Bauteile 10 ebenfalls durch weitere Wände 51 voneinander beabstandet.
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Die Wände 50, 51 erstrecken sich im Kühlmittelkanal 30 entlang der gesamten Höhe H des Kühlmittelkanals 30 und sind von den langen Seitenwänden 23, 24 beabstandet. Durch den Einsatz der Wände 50, 51 kann technisch einfach eine Parallelschaltung bzw. Parallelanströmung der Kühlstrukturen 40, 41 ermöglicht werden. Die Pfeile veranschaulichen die Flussrichtung R des Kühlmittels durch den Kühlmittelkanal 30.
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Zum Steuern des Durchflusses des Kühlmittels können aktive Ventile oder Strömungspassagen 60 zwischen den Wänden 51 und der Seitenwand 24 angeordnet werden. Hierdurch kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels und der Wärmestrom von den Bauteilen 10 in das Kühlmittel gesteuert werden.
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Die 5a und 5b zeigen schematische Schnittdarstellungen eines Kühlmoduls 20 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die 5a zeigt einen Querschnitt C-C aus der 5b. Im Unterschied zu den bereits dargestellten Ausführungsbeispielen weist der Kühlmittelkanal 30 zwei Ebenen E1, E2 auf. Die Ebenen E1, E2 werden durch eine Zwischenwand 70 ausgebildet, welche sich entlang des gesamten Kühlmittelkanals 30 parallel zur Decke 21 erstreckt. In der ersten Ebene E1 erfolgt eine Anströmung bzw. Einleitung des Kühlmittels. Das Kühlmittel kann anschließend über Anströmungslöcher 47, 48, 49 in die zweite Ebene E2 gelangen. Die Anströmungslöcher 47, 48, 49 können auch als Düsen ausgestaltet sein. Durch die Anströmungslöcher 47, 48, 49 kann das Kühlmittel unmittelbar auf die Decke 21 unterhalb der Bauteile 10 gesprüht werden, wodurch die lokale Kühlwirkung beeinflusst wird.
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Abhängig von der Größe bzw. dem Durchmesser D1, D2, D3 der in die Zwischenwand 70 eingebrachten Anströmungslöcher 47, 48, 49 kann die Durchflussmenge des Kühlmittels und die Kühlwirkung eingestellt werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind jeweils sechs Anströmungslöcher 47, 48, 49 pro Kühlstruktur vorgesehen. Es werden jeweils drei Anströmungslöcher 47, 48, 49 in Reihe angeströmt, wobei pro Kühlstruktur zwei Gruppen mit je drei Anströmungslöchern 47, 48, 49 parallel von dem Kühlmittel durchströmt werden.
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Die Anströmungslöcher 47, 48, 49 weisen unterschiedliche Durchmesser D1, D2, D3 auf. Die ersten Anströmungslöcher 47 weisen einen größten Durchmesser D1 auf und haben somit die beste Kühlwirkung. Die zweiten Anströmungslöcher 48 weisen einen verringerten Durchmesser D2 auf. Die dritten Anströmungslöcher 49 weisen jeweils den geringsten Durchmesser D3 und somit die geringste Kühlwirkung auf.
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Die Strömung des Kühlmittels erfolgt durch den Kühlmittelzulauf 31 auf der ersten Ebene E1. Das Kühlmittel verteilt sich horizontal entlang der ersten Ebene E1 und entweicht über die Anströmungslöcher 47, 48, 49 vertikal in die zweite Ebene E2. Beim Entweichen aus den Anströmungslöchern 47, 48, 49 kann das Kühlmittel gegen die Decke 21 gerichtet werden. Aufgrund der Wände 50, 51 kann das Kühlmittel anschließend seitlich bzw. in Richtung der Seitenwände 23, 24 entweichen und durch den Kühlmittelauslauf 32 aus dem Kühlmodul 20 entweichen.
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Die 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Kraftfahrzeug 200 ist beispielsweise ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Zum Antreiben der elektrischen Antriebe weist das Kraftfahrzeug 200 eine elektronische Ansteuerung mit mehreren Bauteilen 10 auf, welche in Form der Anordnung 100 im Fahrzeug 200 positioniert sind. Zum Kühlen der Bauteile 10 ist eine Anbindung des Kühlmittelkanals 30 an einen Kühlmittelkreislauf 210 des Kraftfahrzeugs 200 vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bauteil
- 20
- Kühlmodul
- 21
- Decke des Kühlmoduls
- 22
- Boden des Kühlmoduls
- 23
- erste lange Seitenwand des Kühlmoduls
- 24
- zweite lange Seitenwand des Kühlmoduls
- 25
- erste kurze Seitenwand des Kühlmoduls
- 26
- zweite kurze Seitenwand des Kühlmoduls
- 30
- Kühlmittelkanal
- 31
- Kühlmittelzulauf
- 32
- Kühlmittelauslauf
- 40
- erste Kühlstruktur
- 41
- zweite Kühlstruktur
- 42
- dritte Kühlstruktur
- 43
- vierte Kühlstruktur
- 44
- Streifenelement
- 45
- Wellenberg des Streifenelements
- 46
- Wellental des Streifenelements
- 47
- großes Anströmungsloch / Kühlstruktur
- 48
- mittleres Anströmungsloch / Kühlstruktur
- 49
- kleines Anströmungsloch / Kühlstruktur
- 50
- Wand im Kühlmittelkanal
- 51
- Wand im Kühlmittelkanal
- 60
- Ventil / Strömungspassage
- 70
- Zwischenwand
- 100
- Anordnung
- 200
- Kraftfahrzeug
- 210
- Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs
- D1
- erster Durchmesser
- D2
- zweiter Durchmesser
- D3
- dritter Durchmesser
- E1
- erste Ebene des Kühlmittelkanals
- E2
- zweite Ebene des Kühlmittelkanals
- H
- Höhe der Kühlstruktur/ des Kühlmittelkanals
- R
- Flussrichtung
- V1
- erster Versatz von Streifenelementen
- V2
- zweiter Versatz von Streifenelementen
- V3
- dritter Versatz von Streifenelementen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012107684 A1 [0003]
- DE 10102621 B4 [0004]
