Beschreibung

Kühlkörper für Elektronikgehäuse

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers mit Kühlrippen für ein Elektronikgehäuse, insbesondere für den Automobilbereich.

Gehäusekonzepte, die hohe Anforderungen an die dreidimensio- nale Formflexibilität des Gehäuses stellen oder an sehr spezifische Räumlichkeiten angepasst werden müssen, werden in der Regel durch abgespritzte Aluminium-Druckguss- oder Kunststoffgehäuse umgesetzt. Soll eine gute Wärmeübertragung aus dem Gehäuse heraus ermöglicht werden, sollte ein abgedichte- tes Gehäusesystem komplett aus Aluminium-Druckgussteilen oder nur in Teilbereichen aus Kunststoff ausgebildet entwickelt werden.

Um eine Randdichtheit vom Kühlkörper zum umgebenen Kunst- stoffgehäuse zu erzeugen, muss eine mit z. B. Vergussmittel oder mit einer dispensten oder angespritzten Dichtung abdichtbare Bauteilkonfiguration für beide abzudichtenden Teile gegeben sein. Eine hierfür geeignete Teilegeometrie weist flanschartige Umfangsflächen auf, welche dann leicht mit ei- ner geeigneten Abdichtkonfiguration zu versehen sind. Solch eine dichtungsgeeignete Konfiguration ist für das Kunststoffgehäuse und für den Kühlkörper bei einem jeweiligen Spritzgusskonzept relativ leicht zu verwirklichen.

Um einen Kühlkörper so auszubilden, dass eine möglichst große Gestaltungsvielfalt mit Blick auf das Gehäuse zur Aufnahme einer Schaltung möglich ist, ist aus der DE 100 14 459 Al ein Kühlkörper mit einem Gehäuse für eine Wärme abgebende elektronische Schaltung bekannt, bei dem zumindest die Seitenwan- düngen des Gehäuses aus Kunststoff bestehen und durch Um- spritzen des oberen Abschnitts des Kühlkörpers fest mit diesem verbunden sind. Durch diesen Aufbau wird eine Trennung der Funktionen erreicht. Der Kühlkörper selbst besteht grund-

sätzlich aus einem beliebigen Wärme leitenden Material, zweckmäßig ist ein Aluminiumdruckgussteil oder ein Aluminiumfließpressteil .

Aus der DE 198 15 110 Al geht eine Wärmeabführordnung mit einem Kühlkörper zum Abführen von Wärme aus einem elektrische Komponenten enthaltenden Gehäuse mit elektrisch leitfähiger Oberfläche hervor, die eine mechanische Verbindung zwischen dem Kühlkörper und dem Gehäuse aufweist, die von einer KIe- berschicht bereitgestellt wird. Eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Kühlkörper und dem Gehäuse erfolgt durch ein Verbindungsglied, welches mit dem elektrisch leitfähigen Oberflächenbereich des Kühlkörpers und dem Gehäuse in Verbindung steht.

Die DE 102 47 828 Al beschreibt ein Wärme ableitendes und Wärme ausstrahlendes Gehäuse aus Kunststoff mit umspritztem Kühlkörper. Das Gehäuse weist zwei Gehäuse-Kunststoffschalen und einen im Gehäuse angeordneten Kühlkörper auf, welcher mit einer der beiden Gehäuse-Kunststoffschalen durch Umspritzen eines Teils des Kühlkörpers fest verbunden ist und welcher einen nicht umspritzten Abschnitt als Bauelemente- Montagefläche aufweist, wodurch für die dort montierten Bauelemente das Gehäuse als Wärmesenke wirkt. Dabei ist der Kühlkörper als Aluminiumdruckgussteil bzw. Aluminiumfließpressteil ausgebildet.

Nachteilig am Stand der Technik ist, dass der Wärmedurchgangswert für Kühlkörper aus Aluminiumdruckguss nicht optimal ist und dass eine auf die jeweiligen Anforderungen abgestimmte flexible Formgebung des Kühlkörpers bei einer Ausführung aus Spritzguss nicht möglich ist. Die alternative Verwendung von extrudierten Aluminiumprofilen und die sich aus dieser Verwirklichung ergebenden Kostenvorteile gegenüber Aluminium- druckguss-Konzeptionen für spezifische Räumlichkeiten konnte bisher nicht verwirklicht werden, da prozessbedingt keine Querstrukturen zur Extrudierrichtung kontengünstig herstellbar sind.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen einfach herstellbaren Kühlkörper zu schaffen, der einen im Vergleich zum Stand der Technik besseren Wärmedurchgangswert aufweist, hinsichtlich seiner dreidimen- sionalen Ausformung flexibel gestaltet werden kann und eine einfach handhabbare Abdichtung zwischen Gehäuse und Kühlkörper ermöglicht und dabei kostengünstig ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers mit den Verfahrensschritten gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Verfahrens, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche .

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers mit Kühlrippen für ein Elektronikgehäuse, insbesondere für den Automobilbereich, umfasst die Schritte: Herstellen von extrudierten Profilbrammen mit parallel zueinander ver- laufenden Kühlrippen; nebeneinander ausrichten der Profilbrammen zu einer Fläche mit parallel angeordneten Kühlrippen; Ablängen der Profilbrammen mittels einer Profilkreissäge mit Stufenprofil. Kühlkörper aus extrudiertem Aluminium weisen einen ca. 30 % besseren Wärmedurchgangswert auf als Kühlkör- per aus Aluminiumdruckguss . Zudem bietet das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren die Möglichkeit, die Ausgestaltung und die Anzahl der Kühlrippen so zu variieren, dass sie auf die jeweiligen Anforderungen abgestimmt werden können, d. h., die Kühlrippen können länger, dünner und näher beieinander lie- gend oder mit Mikroprofilierungen ausgeformt werden. Durch das Ablängen der Profilbrammen mit einer Profilkreissäge werden quer zur Extrudierrichtung Stufenprofile ausgeformt, die eine ebene Flanschstruktur aufweisen, die als Dichtungsschnittstelle zum Kühlkörper umgebenden Gehäuse dient. Der Vorteil der Profilkreissäge liegt darin, dass durch einen einfachen Verfahrensschritt kostengünstig eine hohe Stückzahl an Kühlkörpern geschaffen werden kann, die normalerweise bei extrudierten Bauteilen mit Flanschebenen quer zur Extrudier-

richtung nur durch einen zerspannenden Vorgang erzeugt werden könnte. Dies ist in der Regel ein Individualprozess, der für hohe Stückzahlen aus Kostengründen ausgeschlossen ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird durch den Verfahrens- schritt "Ablängen" auch der Schritt "Querprofil herstellen am Extrudierteil" vorgenommen. Der Verfahrensablauf ist somit kürzer .

Vorzugsweise werden Profilbrammen mit parallel zu den Kühl- rippen angeordneter flanschartiger Profilierung verwendet. Daraus ergibt sich insgesamt ein Kühlkörper, der an allen vier Umfangsseiten eine Umfangsprofilierung aufweist, wodurch eine einfache Abdichtung zwischen Gehäuse und Kühlkörper ermöglicht wird.

Es ist bevorzugt, Profilbrammen mit einer unterschiedlichen Anzahl an Kühlrippen zu extrudieren, so dass unterschiedliche Anforderungsprofile an die Kühlintensität erfüllt werden können. Die Ausgestaltung der Kühlkörper bzw. der Kühlrippen kann somit variiert werden und individuell auf die im Elektronikgehäuse herrschenden Bedingungen abgestimmt werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, Kühlkörper mit unterschiedlicher Geometrie hinsichtlich der Länge, der Breite und der Profiltiefe herzustellen, so dass eine Anpassung an die im Gehäuse geforderten Bedingungen problemlos möglich ist.

Vorzugsweise werden die Profilbrammen zu Kühlkörpern in un- terschiedlicher Größe abgelenkt, so dass es möglich ist, individuell ausgeformte Gehäuse mit passenden Kühlkörpern zu versehen.

Vorzugsweise werden die Profilbrammen aus einem Wärme leiten- den Material wie z. B. Aluminium extrudiert, das in extru- dierter Form einen besonders guten Wärmedurchgangswert aufweist .

Es ist bevorzugt, den Ablängenvorgang mit einer Profilkreissäge durchzuführen, die eine variable Zusammenstellung der Kreisfräseblätter ermöglicht, so dass das quer zur Extrudier- richtung verlaufende flanschartige Profil, das als Abdich- tungsschnittstelle zwischen Gehäuse und Kühlkörper dient, individuell auf die Bedingungen im Gehäuse abgestimmt werden kann. Durch die individuelle Zusammenstellung der Kreisfräseblätter der Profilkreissäge müssen keine einzeln angefertigten Werkzeuge geschaffen werden. Zudem entstehen keine Verzö- gerungen im Herstellungsprozess, da der Austausch der Kreissägeblätter ohne Probleme vorgenommen werden kann.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich des Weiteren vorteilhaft, dass der Abläng- und Profilschritt in einem Ar- beitsschritt durchgeführt werden kann, so dass auch der Prozessablauf vereinfacht wird und insgesamt kostengünstiger ist .

Die vorliegende Erfindung schafft erstmals vorteilhaft einen Herstellungsprozess für einen Kühlkörper aus extrudiertem A- luminium, der hinsichtlich der Ausformung des Kühlkörpers so variabel ist, dass die individuellen Anforderungen im Elektronikgehäuse bezüglich abzuführender Wärme, Abdichtung zwischen Gehäuse und Kühlkörper und Größe des Kühlkörpers be- rücksichtigt werden können. Sie eignet sich insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich.

Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung erläutert.

Dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung ein Elektronikgehäuse, in der die Kühlkörpereinbauverhältnisse anhand eines Beispielgehäuses verdeutlicht werden;

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Kühlkörper im montierten Zustand;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Kühlkör- pers im montierten Zustand;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Elektronikgehäuses mit erfindungsgemäßen Kühlkörper;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer Kreissäge beim Sägevorgang durch eine Profilbramme;

Fig. 6 in einer perspektivischen Darstellung die Profilbrammen nach Fig. 5 nach dem Sägevorgang;

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Sägevorgangs von nebeneinander angeordneten Profilbrammen mit einer Kreissäge;

Fig. 8 eine Schnittdarstellung einer Profilkreissäge beim Sägevorgang durch eine Profilbramme;

Fig. 9 in einer perspektivischen Darstellung die Profilbrammen nach Fig. 8 nach dem Sägevorgang;

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung eines Sägevorgangs von nebeneinander angeordneten Profilbrammen mit einer Profilkreissäge;

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung der Profilkreissäge und

Fig. 12 eine perspektivische Darstellung eines Sägevorgangs durch eine Hohlprofilbramme.

Fig. 1 zeigt in einer Explosionsdarstellung ein Elektronikgehäuse mit einem Kühlkörper 2. Das Elektronikgehäuse 1 ist vorzugsweise zweiteilig ausgeformt und weist ein Gehäuseober-

teil 3 und ein Gehäuseunterteil 4 auf. Im Gehäuseoberteil 3 ist eine vorzugsweise rechteckige Ausnehmung 5 angeordnet, in der der Kühlkörper 2 lagert. Der Kühlkörper 2 weist parallel zueinander angeordnete Kühlrippen 6 und Dichtschnittstellen auf allen vier Umfangsseiten auf. Im Elektronikgehäuse 1 sind elektrische Trägerkomponenten, wie z. B. Leiterplatten 7 angeordnet .

Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den erfin- dungsgemäßen Kühlkörper 2 im montierten Zustand. Der Kühlkörper 2 lagert in der Ausnehmung 5 des Gehäuseoberteils 3, wobei die Kühlrippen 6 des Kühlkörpers 2 aus dem Gehäuseoberteil 3 hervorragen.

Fig. 3 zeigt in einer Schnittdarstellung den Kühlkörper 2 im montierten Zustand. Der Kühlkörper 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel so konzipiert, dass er vorzugsweise an den parallel und quer zu den Kühlrippen 6 verlaufenden Seiten Um- fangsprofile 8 aufweist. Die Umfangsprofile 8 sind so ausge- bildet, dass sie seitlich über dem Bereich 9, in welchem die Kühlrippen 6 angeordnet sind, hervorstehen. Daraus ergibt sich eine leicht zugängliche Abdichtungsmöglichkeit mit einer Dichtmasse 10 z. B. auf Vergussbasis oder mit einer dispens- ten Dichtung zwischen dem Kühlkörper 2 und dem Gehäuseober- teil 3 an den parallel und quer zu den Kühlrippen 6 verlaufenden Seiten des Umfangsprofils 8.

In Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit dargestellt, eine sichere Abdichtung zwischen dem Gehäuseoberteil 3 und dem Kühl- körper 2 zu ermöglichen. Dabei wird die Dichtmasse 10 auf

Auflageflächen 11 aufgetragen, die sich aus dem Umfangsprofil 8 ergeben. Es können hier z. B. auch eine Einlegedichtung o- der eine angespritzte Dichtung zwischen Auflagefläche 11 und einer umlaufenden Schulter 3a des Gehäuseoberteils 3 plat- ziert werden. Diese Auflageflächen 11 verlaufen parallel und quer zu den Kühlrippen 6 des Kühlkörpers 2 und werden durch das Gehäuseoberteil 3 beaufschlagt. Die Dichtwirkung ist dadurch begünstigt, dass zwischen Gehäuseoberteil 3 und Gehäu-

seunterteil 4 beim Zusammenbau ein Anpressdruck herrscht, der die Verteilung der Dichtmasse 10 und damit die Dichtwirkung begünstigt .

Fig. 5 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Kreissäge 12 beim Sägevorgang durch eine Profilbramme 13.

Fig. 6 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Profilbramme 13 nach Fig. 5 nach dem Sägevorgang. Der durch den Sägevorgang von der Profilbramme 13 abgetrennte Kühlkörper 2 weist die parallel zu den Kühlrippen 6 verlaufenden Umfangs- profilierungen 8 auf.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Sägevor- gangs von nebeneinander angeordneten Profilbrammen 13 mit einer Kreissäge 12.

Fig. 8 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Profilkreissäge 14 beim Sägevorgang durch eine Profilbramme 13. Durch die Verwendung der Profilkreissäge 14 mit einem mittig angeordneten Fräseblatt 15 und zwei seitlich zum Fräseblatt 15 angeordneten Fräsenblättern 16 werden beim Sägevorgang Kühlkörper 2 geschaffen, die auch quer zur Extrudierrichtung eine Um- fangsprofilierung 17 aufweisen.

Fig. 9 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Profilbramme 13 nach Fig. 8 nach dem Sägevorgang. Der durch den Sägevorgang von der Profilbramme abgetrennte Kühlkörper 2 weist an allen vier Umfangsflächen Umfangsprofilierungen 8, 17 auf.

Fig. 10 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Sägevorgangs von nebeneinander angeordneten Profilbrammen 13 mit einer Profilkreissäge 14.

Fig. 11 zeigt eine perspektivische Darstellung der Profilkreissäge 14. Die Profilkreissäge 14 weist ein großes Fräseblatt 15 auf, an dessen Seiten zwei kleinere Fräseblätter 16

angeordnet sind. Die Fräseblätter 15, 16 der Profilkreissäge 14 können individuell auf das Anforderungsprofil abgestimmt, zusammengestellt werden, d.h., hinsichtlich ihres Durchmessers und ihres Profils. Dazu dient ein Achsenelement 18, auf welches die Fräseblätter 15, 16 aufgesteckt und befestigt werden.

Fig. 12 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Sägevorgangs durch eine Hohlprofilbramme 19. Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für Voll- als auch für Hohlprofile geeignet .

Die vorliegende Erfindung schafft erstmals vorteilhaft einen Herstellungsprozess für einen Kühlkörper (2) aus extrudiertem Aluminium, der hinsichtlich der Ausformung des Kühlkörpers

(2) so variabel ist, dass die individuellen Anforderungen im Elektronikgehäuse (1) bezüglich abzuführender Wärme, Abdichtung zwischen Gehäuse (1) und Kühlkörper (2) und Größe des Kühlkörpers (2) berücksichtigt werden können. Sie eignet sich insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich.