Eckdaten

Für Anwendungen, bei denen passive oder lüftergestützte Kühllösungen an ihre Grenzen stoßen, bietet CTX Thermal Solutions (CTX) anwendungsspezifische, effiziente Flüssigkeitskühlungen an. Je nach Einsatz kommen andere Fertigungsverfahren zum Einsatz. Für die Produktion großer Kühlkörperserien, beispielsweise im Bereich der Elektromobilität, bietet sich das Druckgussverfahren an.

Am Prinzip der Flüssigkeitskühlung hat sich seit den Anfängen vor rund 20 Jahren nichts geändert: Wasser, Glykol oder Öl fließen durch Rohre aus Kupfer, Aluminium oder Edelstahl im Innern einer Aluminium- oder Kupferplatte und transportieren die Wärme des auf der Platte befestigten, zu kühlenden elektronischen Bauteils zügig ab. Zudem kommen Flüssigkeitskühlkörper mit einer sehr geringen Übertragungsfläche aus. Entsprechende Kühllösungen können somit sehr kompakt gebaut werden und halten die vorgegebenen Abmessungen der zu kühlenden Baugruppen ein. Folgerichtig werden Flüssigkeitskühlkörper vor allem zur Kühlung von Hochleistungsprozessoren eingesetzt, die bereits auf wenigen Quadratzentimetern soviel Wärme erzeugen wie ein herkömmlicher Küchenherd.

Applikationsspezifische Herstellungsverfahren

Flüssigkeitskühlkörper unterscheiden sich nach Herstellungsverfahren und Anwendung – im Bild eine Aluminiumkühlplatte mit eingepressten Kupferrohren (l.), ein hartverlöteter und oberflächenbehandelter Kühlköper (v.r.) und ein Flüssigkeitskühlkörper mit außen liegenden Kühlrippen (h.).

Flüssigkeitskühlkörper unterscheiden sich nach Herstellungsverfahren und Anwendung – im Bild eine Aluminiumkühlplatte mit eingepressten Kupferrohren (l.), ein hartverlöteter und oberflächenbehandelter Kühlköper (v.r.) und ein Flüssigkeitskühlkörper mit außen liegenden Kühlrippen (h.). CTX Thermal Solutions

Die Gestaltung von Werkzeugen für Druckgusskühlkörper berücksichtigt auch schwierige Geometrien wie Schraubbolzen und Vertiefungen.

Die Gestaltung von Werkzeugen für Druckgusskühlkörper berücksichtigt auch schwierige Geometrien wie Schraubbolzen und Vertiefungen. CTX Thermal Solutions

Umfassendes Sortiment an Kühllösungen für Leistungselektronik in den unterschiedlichsten Anwendungen.

Umfassendes Sortiment an Kühllösungen für Leistungselektronik in den unterschiedlichsten Anwendungen. CTX Thermal Solutions

Vergleichsweise kostenintensiv sind Aluminiumkühlplatten, bei denen die Aufnahmenuten für die Kühlrohre sowie alle weiteren Geometrien in die Platte gefräst werden. Sie werden daher vorrangig als Prototyp zu Beginn einer Serienfertigung eingesetzt. Etwas günstiger und daher auch eher für Einzelanfertigungen oder kleine Serien geeignet, sind Kühlplatten aus Aluminium oder Kupfer mit kernlochgebohrten Kühlkanälen. Dieses Verfahren erfordert allerdings speziell bei der Herstellung sehr großer Kühlkörper eine sehr hohe Präzision.

Für High-End-Anwendungen und komplexe Geometrien bieten sich Flüssigkeitskühlkörper an, die aus einer Unter- und einer Oberplatte mit eingefrästen Kühlkanälen bestehen. Verbunden werden die beiden Platten durch Hartverlöten in einem Ofen. Damit ist das Verfahren begrenzt auf Kühlkörper mit einer maximalen Kantenlänge von rund 500 mm. Extrem leistungsstarke Flüssigkeitskühlkörper mit zusätzlichen Finnen, die aus Reinkupfer oder Reinaluminium im Kaltfließpress-Verfahren gefertigt werden, sind aufgrund der hohen Produktionskosten ausschließlich für High-End-Anwendungen geeignet, beispielsweise für die Kühlung von IGBT.

Fertigungsverfahren für große Serien

Werden größere Mengen an Flüssigkeitskühlkörpern aus Aluminium benötigt, bieten sich Fertigungsverfahren an, für die spezielle Werkzeuge eingesetzt werden. So kommt zum Beispiel für die Fertigung von Aluminiumstrangguss-Kühlkörpern mit extrudierten Kühlkanälen ein spezielles Extrusionswerkzeug zum Einsatz.

Bei Flüssigkeitskühlkörpern aus Aluminiumdruckguss wird dagegen die Kühlplatte mithilfe eines Druckgusswerkzeugs hergestellt. Die thermische Leitfähigkeit von Aluminiumdruckguss-Legierungen ist etwas niedriger als die von Aluminiumstrangguss-Legierungen. Die einmalige Herstellung des Druckgusswerkzeugs ist sehr kostenintensiv. Doch durch ein entsprechendes Kühlkörperdesign und große Produktionsmengen lassen sich diese Nachteile ausgleichen.

Die Vorteile des Verfahrens überwiegen im Volumenbereich bei Weitem. So lassen sich beispielsweise bei der Werkzeuggestaltung auch schwierige Kühlkörpergeometrien berücksichtigen. Damit ist eine kostspielige CNC-Nachbearbeitung nur an Stellen mit besonders hohen Oberflächenanforderungen erforderlich. Zudem kann bei sehr großen Produktionsmengen ein Werkzeug gefertigt werden, das mehrere Kavitäten aufweist. Auf diese Weise können pro Gussvorgang mehrere Kühlplatten produziert werden, was die Teilekosten zusätzlich senkt. Da „nur“ die Kühlplatte mit dem Werkzeug hergestellt wird, bestehen keine Beschränkungen hinsichtlich des Materials der Kühlrohre. In die vorgeformten Nuten können je nach Anwendung und Kühlflüssigkeit Rohre aus Aluminium, Kupfer oder Edelstahl eingepresst werden. Falls gewünscht, können die Kühlkörper zudem einer Oberflächenveredelung – Chromatieren, Eloxieren, Pulverlackieren und weitere – unterzogen werden.

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