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Laserschweissen von Kühlkörpern: Ausgabe 08/2020, 28.05.2020

Maximale Effizienz in der Wärmeübertragung

Die Entwicklung des innovativen Herstellungsverfahrens Laserschweissen verändert die Design- möglichkeiten und -vielfalt von Kühlkörpern grundlegend. Das Verfahren der neusten Generation ermöglicht eine kundenspezifische Gestaltung von Grösse, Form und Rippenstruktur der Kühlkörper, Kühlplatten und Kühlkanäle. Dabei werden keine Matrizen wie beim Extrudieren benötigt und die technische Limitation durch das Modul Ratio entfällt.

Autor: Sascha Walker, ELEKTRON AG

Bilder: Elektron AG

Konventionelle Herstellungsverfahren wie die Extrusion basieren auf einer funktionierenden Matrize und der entsprechenden Druckeinwirkung. Beim Design der Kühlkörper stösst man schnell an die Grenzen aufgrund zu enger Rippenabstände im Verhältnis der Länge zu Bodendicke. Auch schwere Profile sind nur bedingt möglich, da ab einem Gewicht von >30 kg pro Laufmeter grosse Pressen benötigt werden.

Hervorragender Wärmeübergang
Um die kundenspezifischen Anforderungen an Design und Grösse von Kühlkörpern zu erfüllen, wurde das Herstellungsverfahren Laserschweissen entwickelt. Die neue Technologie ist für Aluminium- und Kupferlegierungen geeignet. Verschiedene Aluminium-Legierungen werden entsprechend den individuellen Anforderungen kombiniert. Bei einem Luftkühlkörper können die Rippen in einer hochwärmeleitenden Legierung und die Bodenplatten in einer physikalisch festerem Legierung EN AW 6060 eingesetzt werden. Dadurch ist ein hervorragender Wärmeübergang mit durchgeschweissten Übergängen garantiert.

Optimierung der Kühlleistung
Bei luftgekühlten Umrichtern wird die Leistung durch eine optimale IGBT-Kühlung gesteigert. Das Verfahren Laserschweissen ermöglicht, die Kühlleistung durch das anwendungsspezifische Design zu maximieren. Dank der Flexibilität hinsichtlich Anzahl und Abstand der Rippen sowie Rippengrösse, -position, -stärke und -form werden die thermische Leistung und der Druckabfall optimiert. Hier im Anwendungsbeispiel resultiert der Performancevorteil des lasergeschweissten Kühlkörpers in einer Reduktion des RTHWertes von zirka 15% und einer HotspotTemperatursenkung von zirka 12 Grad. Diese Technologie wurde für einen Umrichter im Bereich der Bahntechnik eingesetzt.
Zukünftig wird die Nachfrage nach spezifischen Wärmemanagement-Systeme für Batterien und Motoren in vielen Branchen wachsen. Dazu gehören beispielsweise Einsatzgebiete wie Battery Cooler, OBC‘s (On Borad Charger), Electric Motor Housing, Inverter oder CCU’s (Connectivity Control Unit). Laserschweissen ist die optimale Technologie, um diesen hohen Kühl-Anforderungen gerecht zu werden.

Zukunftsweisendes Thermomanagement
Laserschweissen hat die Gestaltung von Kühlkörpern revolutioniert. Das neue Verfahren bezieht das Design des Kühlkörpers bereits am Anfang in den Produktentwicklungsprozesses mit ein. So wird die Gestaltung der Kühlstruktur optimal auf die Anwendung zugeschnitten und maximale Effizienz in der Wärmeübertragung erreicht. Die zukunftsweisende Technologie überzeugt nebst der grossen Flexibilität auch mit effizienter Wärmeübertragung sowie Einsparungen bei Material, Fertigungszeit und Produktkosten.

Quick-Link: Erklärvideo Laserschweissen anschauen: elektron.ch/laserschweissen

Infoservice
ELEKTRON AG
Riedhofstrasse 11, 8804 Au ZH
Tel. 044 781 02 45
elektronik@elektron.ch, www.elektron.ch

 



Kühlkörper Extrusion 60x Rippen, Abstand 7.0mm.


Kühlkörper Laserschweissen 80x Rippen, Abstand 5.5mm.