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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING A COOLING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/141521
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a cooling device (10), which has at least one hollow body (30) made of a first material having good thermal conduction and a base body made of a second material having good thermal conduction, and a pre-product for the production of a cooling device (10) and a cooling device (10) for an electrical assembly and an electrical assembly having a cooling device of this kind. The hollow body (30) is coated on the outside with a third material and is filled on the inside with the third material, which has a lower melting temperature than the first material and the second material, wherein the filling (5) completely fills the hollow body and is then cooled, wherein the filled hollow body (30) is placed in a die-casting mould, wherein the second material is introduced into the die-casting mould as die casting with a first temperature and flows around the hollow body (30) at least partially, wherein the die casting melts off the third material of the surface coating (36) and melts on the first material of the hollow body (30) so that at least in regions an integral connection is formed between the die casting of the second material, which forms the base body (20), and the first material of the hollow body (30), wherein the die casting of the second material becomes rigid and solid, wherein during the solidification phase, the die casting of the second material heats the filling (5) made of the third material in the interior of the hollow body (30) until the melting temperature is reached, and wherein the melted third material is removed from the hollow body (30) under pressure.

Inventors:
ROETTGEN MARTIN (DE)
HIPPCHEN SILVAN (DE)
DUDAS ZSOLT (DE)
STEINBACH JUERGEN (DE)
SCHENK ROBERT (DE)
ENGELHARDT DANIEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/050624
Publication Date:
August 09, 2018
Filing Date:
January 11, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
B22D17/00; B22D19/00; B22D21/00; B22D21/04; B22D29/00; F28F21/08
Foreign References:
DE102015001190A12016-08-04
DE102008016994A12009-10-08
DE1119469B1961-12-14
DE102008039208A12009-02-12
DE102011076312A12012-11-29
Other References:
YOON ET AL: "Fabrication of automotive heat exchanger using kinetic spraying process", SURFACE AND COATINGS TECHNOLOGY, ELSEVIER BV, AMSTERDAM, NL, vol. 201, no. 24, 30 August 2007 (2007-08-30), pages 9524 - 9532, XP022222795, ISSN: 0257-8972, DOI: 10.1016/J.SURFCOAT.2007.04.026
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren (1) zum Herstellen einer Kühlvorrichtung (10), welche mindestens einen Hohlkörper (30) aus einem gut wärmeleitenden ersten Material und einen Grundkörper (20) aus einem gut wärmeleitenden zweiten Material umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (30) außen mit einem dritten Material beschichtet und innen mit dem dritten Material befüllt wird, welches eine niedrigere Schmelztemperatur als das erste und zweite Material aufweist, wobei die Füllung (5) den Hohlkörper ausfüllt und anschließend abgekühlt wird, wobei der befüllte Hohlkörper (30) in eine Druckgussform eingelegt wird, wobei das zweite Material als Druckguss mit einer ersten Temperatur in die Druckgussform eingebracht wird und den Hohlkörper (30) zumindest teilweise umfließt, wobei der Druckguss das dritte Material der Oberflächenbeschichtung (36) abschmelzt und das erste Material des Hohlkörpers (30) anschmelzt, so dass zumindest bereichsweise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem, den Grundkörper (20) ausbildenden Druckguss des zweiten Materials und dem ersten Material des Hohlkörpers (30) entsteht, wobei der Druckguss des zweiten Materials erstarrt und fest wird, wobei der Druckguss des zweiten Materials während der Erstarrungsphase die Füllung (5) aus dem dritten Material im Inneren des Hohlkörpers (30) bis zum Erreichen der Schmelztemperatur erwärmt, und wobei das geschmolzene dritte Material unter Druck aus dem Hohlkörper (30) entfernt wird.

2. Verfahren (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material des Hohlkörpers (30) und/oder das zweite Material des Grundkörpers (20) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist und das dritte Material der Oberflächenbeschichtung (36) des Hohlkörpers (30) Zink oder eine Zinklegierung oder Zinn oder eine Zinnlegierung ist. Verfahren (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (30) vor dem Beschichten und Befüllen mit einem Zinkat- verfahren behandelt wird.

Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (30) in einem Beschichtungsbad (9) mit dem dritten Material beschichtet und befüllt wird.

Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der befüllte und abgekühlte Hohlkörper (30) in eine gewünschte Form gebogen und geschnitten wird.

Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Erstarrungsphase an den Enden des Hohlkörpers (30) die Temperatur der Füllung (5) ermittelt wird.

Verfahren (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck zum Entfernung der Füllung (5) an den Hohlkörper (30) angelegt wird, wenn die Temperatur der Füllung (5) einen vorgegebenen

Schwellwert erreicht und/oder übersteigt.

Vorprodukt (3) für die Herstellung einer Kühlvorrichtung (10), mit einem rohrförmigen Hohlkörper (30) aus einem gut wärmeleitenden ersten Material, dadurch gekennzeichnet, dass der ungebogene Hohlkörper (30) an seiner Außenseite (34) eine Oberflächenbeschichtung (36) und eine Füllung (5) aus einem gut wärmeleitenden dritten Material aufweist, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Material aufweist, wobei die Füllung (5) den Hohlkörper (30) komplett ausfüllt.

Vorprodukt (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der beschichtete und befüllte rohrförmige Hohlkörper (30) in eine gewünschte Form gebogen und abgelängt ist.

Kühlvorrichtung (10) für eine elektrische Baugruppe, mit mindestens einem Hohlkörper (30) aus einem gut wärmeleitenden ersten Material, welcher in einen Grundkörper (20) aus einem gut wärmeleitenden zweiten Material eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Material des mindestens einen Hohlkörpers (30) und dem zweiten Material des Grundkörpers (20) an der Außenseite (34) des mindestens einen Hohlkörpers (30) zumindest bereichsweise eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet ist, wobei der Hohlkörper (30) an seiner Innenseite (32) eine Oberflächenbeschichtung (36) aus einem gut wärmeleitenden dritten Material aufweist, welches eine niedrigere Schmelztemperatur als das gut wärmeleitende erste Material des Hohlkörpers (30) und das gut wärmeleitende zweite Material des Grundkörpers (20) aufweist.

Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.

Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.

Kühlvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Material Zink oder eine Zinklegierung oder Zinn oder eine Zinnlegierung ist.

Elektrische Baugruppe mit mindestens einem elektrischen Leistungsbauteil und einer Kühlvorrichtung (10), welche das mindestens eine elektrische Leistungsbauteil kühlt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 13 ausgeführt ist.

Elektrische Baugruppe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (10) in ein Gehäuse der elektrischen Baugruppe integriert ist und/oder eine Grundplatte der elektrischen Baugruppe ausbildet.

Description:
Beschreibung

Titel

Verfahren zum Herstellen einer Kühlvorrichtung Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Herstellen einer Kühlvorrichtung nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Vorprodukt für die Herstellung einer Kühlvorrichtung, eine Kühlvorrichtung für eine elektrische Baugruppe und eine elektrische Baugruppe mit einer solchen Kühlvorrichtung.

Aus dem Stand der Technik ist das Eingießen von Rohreinlegeteilen allgemein ein gebräuchliches Verfahren auch für Kraftfahrzeugbaugruppen, wie beispielweise eine Kühlschlange in einen Druckgusskühler, eine Ölleitung in ein Getriebe usw. Insbesondere bei der Herstellung von Aluminiumdruckgussteilen, in welche Aluminiumrohre eingelegt werde, sollte während des Gießprozesses die Stabilität der Aluminiumrohreinlegeteile aufrechterhalten werden. Die hohe Schmelztemperatur und der Druck der Aluminiumdruckgussschmelze können für die Aluminiumrohreinlegeteile besonders kritisch werden. Daher ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Aluminiumrohreinlegeteile mit einem Salz- oder Sandkern zu füllen, um die Rohrstabilität während des Gießprozesses zu gewährleisten.

Nach dem Eingießen des Einlegeteils wird die Salz- oder Sandkernfüllung durch einen zusätzlichen Spülprozess entfernt, um die Durchgängigkeit des Rohres sicherzustellen. Aus der DE 10 2008 039 208 AI ist die Herstellung von Aluminiumdruckgussbauteilen mit Kernen bekannt, welche einen Hohlraum im Aluminiumbauteil ausbilden sollen und eine Oberflächenschicht aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere Kupfer, Nickel, Zink, Zinn, Wismut (bzw. Bismut), Silizium, Kupfer-Zinn-Basislegierung, Kupfer-Nickel-Basislegierung, Kupfer-Zink- Basislegierung, aufweisen, welche aus wirtschaftlichen Gründen nach dem Gießprozess im Gussteil verbleiben. Die Oberflächenbeschichtung wirkt als Bindeschicht zwischen Schmelze und Kernmantel und beeinflusst gezielt die Funktionalität des im Gussteil verbleibenden Kernmantelteils, insbesondere hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit zwischen der Gusswand des fertigen Bauteils und des mit einem Kühlmedium gefüllten späteren Hohlraums des Gussteils.

Aus der DE 10 2011 076 312 AI ist eine Kühlvorrichtung für ein Gehäuse bekannt, in welchem mindestens ein Baustein einer Leistungselektronik aufgenommen ist. Eine zu umspritzende hohle Kühlstruktur stellt eine Kühlfläche zum Gehäuse dar. Die zu umspritzende Kühlstruktur ist bei der Fertigung des Gehäuses durch ein die zu umspritzende Kühlstruktur beaufschlagendes Medium abgestützt. Hierbei ist die zu umspritzende Kühlstruktur aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt und erstreckt sich mäanderförmig oder in U-Form von einem Zufluss des Mediums zu einem Abfluss des Mediums.

Offenbarung der Erfindung

Das Verfahren zum Herstellen einer Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Beschichtung und Befüllung des mindestens einen Hohlkörpers in einem Prozess kombiniert ist und kein zusätzlicher Transport erforderlich ist. Anstatt eines zusätzlichen Spülprozesses wird die Füllung aus dem dritten Material aufgrund der Materialeigenschaften im heißen und flüssigen Zustand direkt nach dem Eingießen in vorteilhafter Weise schnell und kostengünstig entfernt. Da das Beschichtungsmaterial gleichzeitig zum Füllen des Hohlkörpers eingesetzt wird, kann die Anzahl der Materialien in der Baugruppe reduziert werden, da kein zusätzliches Füllmaterial, wie beispielsweise Salz oder Sand, erforderlich ist, um die Stabilität des Hohlkörpers während des Gießprozesses zu gewährleisten. Zudem schützt die Oberflächenbeschichtung aus dem dritten Material die Oberfläche des Hohlkörpers vor Oxi- dation, bevor der Hohlkörper weiterverarbeitet wird. Die Oberflächenbeschichtung wird in vorteilhafterweise aufgrund der hohen Temperatur des Druckgusses des zweiten Materials, welche höher als die Schmelztemperatur des dritten Materials ist, abgeschmolzen und vom ersten Material des Hohlkörpers weggespült, so dass zumindest bereichsweise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Material des Hohlkörpers und dem zweiten Material des Druckgusses bzw. des Grundkörpers ermöglicht wird.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zum Her- stellen einer Kühlvorrichtung zur Verfügung, welche mindestens einen Hohlkörper aus einem gut wärmeleitenden ersten Material und einen Grundkörper aus einem gut wärmeleitenden zweiten Material umfasst. Hierbei wird der Hohlkörper außen mit einem dritten Material beschichtet und innen mit dem dritten Material befüllt, welches eine niedrigere Schmelztemperatur als das erste und zweite Ma- terial aufweist. Die Füllung füllt den Hohlkörper aus und wird anschließend abgekühlt. Der befüllte Hohlkörper wird in eine Druckgussform eingelegt. Anschließend wird das zweite Material als Druckguss mit einer ersten Temperatur in die Druckgussform eingebracht und umfließt den Hohlkörper zumindest teilweise, wobei der Druckguss das dritte Material der Oberflächenbeschichtung ab- schmelzt und das erste Material des Hohlkörpers anschmelzt, so dass zumindest bereichsweise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem, den Grundkörper ausbildenden Druckguss des zweiten Materials und dem ersten Material des Hohlkörpers entsteht. Anschließend erstarrt der Druckguss des zweiten Materials und wird fest, wobei der Druckguss des zweiten Materials während der Erstar- rungsphase die Füllung aus dem dritten Material im Inneren des Hohlkörpers bis zum Erreichen der Schmelztemperatur erwärmt, und wobei das geschmolzene dritte Material unter Druck aus dem Hohlkörper entfernt wird.

Zudem wird ein Vorprodukt für die Herstellung einer Kühlvorrichtung vorgeschla- gen. Das Vorprodukt umfasst einen rohrförmigen Hohlkörper aus einem gut wärmeleitenden ersten Material. Hierbei weist der ungebogene Hohlkörper an seiner Außenseite eine Oberflächenbeschichtung und eine Füllung aus einem gut wärmeleitenden dritten Material auf, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Material aufweist. Die Füllung füllt den Hohlkörper komplett aus. Das Handling eines ungebogenen Hohlkörpers bei der Beschichtung und Befüllung ist einfacher als bei einem bereits gebogenen Hohlkörper.

Zudem stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Kühlvorrichtung für eine elektrische Baugruppe zur Verfügung. Eine solche Kühlvorrichtung umfasst mindestens einen Hohlkörper aus einem gut wärmeleitenden ersten Ma- terial, welcher in einen Grundkörper aus einem gut wärmeleitenden zweiten Material eingebettet ist. Hierbei ist zwischen dem ersten Material des mindestens einen Hohlkörpers und dem zweiten Material des Grundkörpers an der Außenseite des mindestens einen Hohlkörpers zumindest bereichsweise eine stoffschlüs- sige Verbindung ausgebildet. Zudem weist der Hohlkörper an seiner Innenseite eine Oberflächenbeschichtung aus einem gut wärmeleitenden dritten Material auf, welches eine niedrigere Schmelztemperatur als das gut wärmeleitende erste Material des Hohlkörpers und das gut wärmeleitende zweite Material des Grundkörpers aufweist. Durch die stoffschlüssige Verbindung und Integration des Hohl- körpers im Grundkörper kann ein niedriger thermischer Widerstand zwischen dem Grundkörper und dem Hohlkörper umgesetzt werden, so dass in vorteilhafter Weise auf weitere Maßnahmen, wie beispielsweise Aufbringen eines Wärmeleitklebers, zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Grundkörper und dem Hohlkörper verzichtet werden kann. Zudem hat die Oberflächenbe- Schichtung an der Innenseite des Hohlkörpers den Vorteil, dass eine Oxidation der Oberfläche des Hohlkörpers verhindert wird, so dass eine gute Wärmeübertragung zwischen dem Hohlkörper und einem durch den Hohlkörper strömenden Kühlmedium möglich ist. Eine solche Kühlvorrichtung kann in einer elektrischen Baugruppe zur Kühlung von mindestens einem elektrischen Leistungsbauteil eingesetzt werden.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentan- spruch 1 angegebenen Verfahrens zum Herstellen einer Kühlvorrichtung, des im unabhängigen Patentanspruch 8 angegebenen Vorprodukts für die Herstellung einer Kühlvorrichtung, der im unabhängigen Patentanspruch 10 angegebenen Kühlvorrichtung für eine elektrische Baugruppe und der im unabhängigen Patentanspruch 14 angegebenen elektrischen Baugruppe möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass das erste Material des Hohlkörpers Aluminium o- der eine Aluminiumlegierung sein kann. Das zweite Material des Grundkörpers kann ebenfalls Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein. Durch die Verwendung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung kann der Leichtbauge- danke und eine gute Wärmeleitfähigkeit kostengünstig und einfach umgesetzt werden, da bei der Herstellung auf bewerte Verfahren und Prozesse zurückgegriffen werden kann. Das dritte Material der Oberflächenbeschichtung des Hohlkörpers kann beispielsweise Zink oder eine Zinklegierung oder Zinn oder eine Zinnlegierung sein. Die Zinn- oder Zinkmaterialien haben deutlich höhere Wär- meleitfähigkeitswerte als Salz oder Sand, d.h. sie unterstützen während des

Gießprozesses den Hohlkörper nicht nur mechanisch, sondern auch thermisch. Zudem ermöglichen die niedrigen Schmelztemperaturen von Zinn (231°C) und Zink (419°C) eine einfache und schnelle Beschichtung bzw. Befüllung des Hohlkörpers aus Aluminium, das eine wesentlich höhere Schmelztemperatur (660°C) aufweist, wobei eine maximale Temperatur des zähflüssigen Aluminiumdruckgusses einen Wert im Bereich von ca. 560 bis 580°C aufweist. Mit verschiedenen Legierungen könnte man den Schmelzpunkt der Oberflächenbeschichtung noch weiter reduzieren, um das Abschmelzen der Oberflächenbeschichtung des Hohlkörpers durch den Aluminiumdruckguss zu unterstützen. Während des Gießens ist das Zinn- oder Zinkmaterial der Füllung im Hohlkörper noch fest, d.h. der

Hohlkörper bleibt stabil. Nach sehr kurzer Zeit (ca. 1 Sek.) erstarrt der Druckguss und wird fest. Parallel wird das Zinn- oder Zinkmaterial im Hohlkörper aufgewärmt und erreicht bzw. überschreitet seinen Schmelzpunkt. Ab diesem Moment kann das geschmolzene Zinn- oder Zinkmaterial aus dem Hohlkörper mit hohem Druck, beispielsweise über eine Gasinjektion entfernt werden. Das aus dem

Hohlkörper entfernte Zinn- oder Zinkmaterial kann aufgefangen und wieder verwendet werden (Recycling).

In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann der Hohlkörper vor dem Be- schichten und Befüllen mit einem Zinkatverfahren behandelt werden. Dadurch kann, insbesondere bei der Verwendung von Aluminium als erstes Material, eine Oxidschicht auf der Hohlkörperoberfläche entfernt werden, bevor die Oberfläche des Hohlkörpers durch eine Oberflächenbeschichtung, vorzugsweise aus einem Zinn- oder Zinkmaterial, vor einer erneuten Oxidation geschützt wird.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann der Hohlkörper in einem Beschichtungsbad mit dem dritten Material beschichtet und befüllt werden. Durch ein solches Beschichtungsbad kann die Beschichtung und Befüllung des Hohlkörpers mit dem dritten Material in einem Prozessschritt durchgeführt wer- den. Zudem ist die Befüllung des Hohlkörpers mit dem geschmolzenen flüssigen dritten Material schneller und kostengünstiger als die Befüllung mit Salz oder Sand durchführbar.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann der befüllte und abgekühlte Hohlkörper in eine gewünschte Form geschnitten und gebogen werden. Es ist wesentlich einfacher ein Vorprodukt, welches einen befüllten und beschichteten Hohlkörper umfasst, zu biegen und zu schneiden als den Hohlkörper erst zu biegen und zu schneiden und dann zu beschichten und zu befüllen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann während der Erstarrungsphase an den Enden des Hohlkörpers die Temperatur der Füllung ermittelt werden. So kann der Druck zum Entfernung der Füllung an den Hohlkörper angelegt werden, wenn die Temperatur der Füllung einen vorgegebenen Schwellwert erreicht und/oder übersteigt. Der vorgegebene Temperaturschwellwert kann dabei so gewählt werden, dass das dritte Material der Füllung seinen Schmelzpunkt überschritten hat und flüssig ist. Um dieses Zeitfenster optimal und produktunabhängig zu erkennen, können Temperatursensoren an den Enden des Hohlkörpers vorgesehen werden. Der Druck zum Ausblasen des Hohlkörpers kann dann durch die Messwerte der Temperatursensoren kontrolliert werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Vorprodukts kann der beschichtete und befüllte rohrförmige Hohlkörper direkt nach dem Abkühlen in eine gewünschte Form gebogen und geschnitten werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der elektrischen Baugruppe kann die Kühlvorrichtung beispielsweise als Grundplatte der elektrischen Baugruppe und/oder als Teil eines Gehäuses der elektrischen Baugruppe eingesetzt werden. Auf dieser Grundplatte bzw. dem Gehäuseteil können dann die zu kühlenden Leistungsbauteile angeordnet werden. Hierbei kann die Kühlvorrichtung als Gaskühler, bei welchem ein Gas zur Wärmeabfuhr durch den Hohlkörper geleitet wird, oder als Flüssigkeitskühler eingesetzt werden, bei welchem eine Flüssigkeit zur Wärmeabfuhr durch den Hohlkörper geleitet wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und wer- den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung be- zeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung für eine elektrische Baugruppe.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittdarstellung des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung für eine elektrische Baugruppe aus Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Kühlvorrichtung.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Beschichtungsbads mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorprodukts für die Herstellung einer Kühlvorrichtung.

Fig. 5 zeigt ein Kennliniendiagramm, welches eine erste Kennlinie mit dem Tem- peraturverlauf eines Druckgusses und eine zweite Kennlinie mit dem Temperaturverlauf einer Füllung eines Hohlkörpers während der Herstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung für eine elektrische Baugruppe darstellt.

Ausführungsformen der Erfindung

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung 10 für eine elektrische Baugruppe mindestens einen Hohlkörper 30 aus einem gut wärmeleitenden ersten Material, welcher in einen Grundkörper 20 aus einem gut wärmeleitenden zweiten Material eingebettet ist. Hierbei ist zwischen dem ersten Material des mindestens einen Hohlkörpers 30 und dem zweiten Material des Grundkörpers 20 an der Außenseite 34 des mindestens einen Hohlkörpers 30 zumindest bereichsweise eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet. Zudem weist der Hohlkörper 30 an seiner Innenseite 32 eine Oberflächenbeschichtung 36 aus einem gut wärmeleitenden dritten Material auf, welches eine niedrigere Schmelztemperatur als das gut wärmeleitende erste Material des Hohlkörpers 30 und das gut wärmeleitende zweite Material des Grundkörpers 20 aufweist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 10 ist das erste Materi- al des Hohlkörpers 30 eine Aluminiumknetlegierung und das zweite Material des

Grundkörpers ist 20 ein Aluminiumdruckguss. Das dritte Material der Oberflä- chenbeschichtung 36 des Hohlkörpers 30 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel Zink. Selbstverständlich sind auch andere Materialkombinationen vorstellbar, so kann der Hohlkörper 30 beispielsweise auch aus Kupfer oder einer Kup- ferlegierung oder einem anderen geeigneten gut wärmeleitenden Metall oder einer Metalllegierung gefertigt werden. Die Oberflächenbeschichtung 36 des Hohlkörpers 30 kann beispielsweise auch eine Zinklegierung oder Zinn oder eine Zinnlegierung sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Hohlkörper 30 als mäanderförmig gebogenes Rohr mit einem runden Querschnitt ausgebildet. Selbstverständlich kann der Hohlkörper 30 auch andere Formen und Querschnitte aufweisen und beispielsweise als U-förmig gebogenes Rohr mit einem eckigen Querschnitt ausgeführt werden.

Vorzugsweise werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kühlvor- richtung 10 zur Kühlung von mindestens einem elektrischen Leistungsbauteil in einer nicht näher dargestellten elektrischen Baugruppe verwendet, welche beispielsweise als Steuergerät ausgeführt ist. So kann die Kühlvorrichtung 10 beispielsweise als Grundplatte der elektrischen Baugruppe und/oder als Teil eines Gehäuses des Steuergeräts eingesetzt werden. Auf dieser Grundplatte bzw. dem Gehäuseteil können dann die zu kühlenden Leistungsbauteile angeordnet werden. Hierbei kann die Kühlvorrichtung 10 als Gaskühler, bei welchem ein Gas zur Wärmeabfuhr durch den Hohlkörper 30 geleitet wird, oder als Flüssigkeitskühler eingesetzt werden, bei welchem eine Flüssigkeit zur Wärmeabfuhr durch den Hohlkörper 30 geleitet wird.

Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 1 zum Herstellen einer Kühlvorrichtung 10, welche mindestens einen Hohlkörper 30 aus einem gut wärmeleitenden ersten Material und einen Grundkörper 20 aus einem gut wärmeleitenden zweiten Mate- rial umfasst, nachfolgende Schritte: In einem Schritt S100 wird der Hohlkörper 30 außen mit einem dritten Material beschichtet und innen mit dem dritten Material befüllt, welches eine niedrigere Schmelztemperatur als das erste Material des Hohlkörpers 30 und das zweite Material des Grundkörpers 20 aufweist. Die die Füllung 5 füllt den Hohlkörper 30 aus. Anschließend wird der befüllte Hohlkörper im Schritt S110 abgekühlt und im Schritt S120 wird der befüllte Hohlkörper 30 in eine Druckgussform eingelegt. In einem Schritt S130 wird das zweite Material als Druckguss mit einer ersten Temperatur in die Druckgussform eingebracht und umfließt den Hohlkörper 30 zu- mindest teilweise. Hierbei schmelzt der Druckguss das dritte Material der Ober- flächenbeschichtung 36 ab und das erste Material des Hohlkörpers 30 an, so dass zumindest bereichsweise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem, den Grundkörper 20 ausbildenden Druckguss des zweiten Materials und dem ersten Material des Hohlkörpers 30 entsteht. Im Schritt S140 erstarrt der Druck- guss des zweiten Materials und wird fest, wobei der Druckguss des zweiten Materials während der Erstarrungsphase im Schritt S140 die Füllung 5 aus dem dritten Material im Inneren des Hohlkörpers 30 bis zum Erreichen der Schmelztemperatur erwärmt. Im Schritt S150 wird das geschmolzene dritte Material unter Druck aus dem Hohlkörper 30 entfernt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 1, wird als erstes Material für den Hohlkörper 30 und als zweites Material für den Grundkörper 20 Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet. Als drittes Material für die Oberflächenbeschichtung 36 und Füllung 5 des Hohlkörpers 30 wird Zink oder eine Zinklegierung verwendet. Selbstverständlich sind auch andere

Materialkombinationen vorstellbar, so kann der Hohlkörper 30 beispielsweise auch aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder einem anderen geeigneten gut wärmeleitenden Metall oder einer Metalllegierung gefertigt werden. Die Oberflächenbeschichtung 36 des Hohlkörpers 30 kann beispielsweise auch Zinn oder eine Zinnlegierung sein.

Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, kann der Hohlkörper 30 vor dem Beschichten und Befüllen in einem optionalen, gestrichelt dargestellten Schritt S50 mit einem Zinkatverfahren behandelt werden, um eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Hohlkörpers 30 zu entfernen. Wie aus Fig. 4 weiter ersichtlich ist, werden die Hohlkörper 30 als Vorprodukt 3 ungebogen mit einer Länge von ca. 6m nach dem Zinkatverfahren im Schritt S50 im Schritt S100 in einem Beschichtungsbad 9 mit dem dritten Material beschich- tet und komplett befüllt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird der Hohlkörper 30 schräg in das Beschichtungsbad 9 eingetaucht und behält diese Lage während der Beschichtung und der Befüllung bei, so dass der Hohlkörper 30 komplett mit dem dritten Material, hier Zink, befüllt werden und Luft 7 aus dem Hohlkörper 30 entweichen kann. Beim Ausheben des Hohlkörpers 30 aus dem Beschichtungs- bad 9 wird das unten liegende Ende des Hohlkörpers 30 dicht geschlossen. In diesem Zustand wird der Hohlkörper 30 abgekühlt, so dass das dritte Material im noch flüssigen Zustand nicht ausfließen kann.

Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, kann der befüllte und abgekühlte Hohlkörper 30 bzw. das Vorprodukt 3 in einem optionalen, gestrichelt dargestellten Schritt

S115 in eine gewünschte Form gebogen und geschnitten werden. Die Füllung 5 erhöht die Stabilität des Hohlkörpers 30 bereits während des Biegeprozesses bzw. der mechanischen Bearbeitung. Um ein optimales Zeitfenster zum Entfernen der Füllung 5 aus dem Hohlkörper

30 zu erkennen, kann während der Erstarrungsphase im Schritt S140 an den Enden des Hohlkörpers 30 die Temperatur der Füllung 5 ermittelt werden. Im Schritt S150 kann der Druck zum Entfernung der Füllung 5 dann an den Hohlkörper 30 angelegt werden, wenn die Temperatur der Füllung 5 einen vorgege- benen Schwellwert erreicht und/oder übersteigt. Der vorgegebene Temperaturschwellwert kann dabei so gewählt werden, dass das dritte Material der Füllung 5 seinen Schmelzpunkt überschritten hat und flüssig ist. Um dieses Zeitfenster optimal und produktunabhängig zu erkennen, können Temperatursensoren an den Enden des Hohlkörpers 30 vorgesehen werden. Der Druck zum Ausblasen des Hohlkörpers 30 kann dann durch die Messwerte der Temperatursensoren kontrolliert werden. Bei einer Füllung des Hohlkörpers 30 mit Zink könnte der Druck beispielsweise bei einer Temperatur der Füllung 5 von über 450°C aktiviert werden. Der Druck könnte wieder deaktiviert werden, wenn die Temperatur unter 420°C absinkt. Bei einer Füllung 5 des Hohlkörpers 30 mit Zinn könnte der Druck beispielsweise bei einer Temperatur der Füllung 5 von über 250°C aktiviert wer- den. Der Druck könnte wieder deaktiviert werden, wenn die Temperatur unter 235°C absinkt. Während dieses Prozesses kann der Druckverlust gemessen und damit auch die Durchgängigkeit des Hohlkörpers 30 kontrolliert bzw. geprüft werden. So können beispielsweise Temperatursensoren an der Position der Enden des Hohlkörpers 30 vorzusehen werden. Das dritte Material der Füllung 5, welches aus dem Hohlkörper 30 entfernt wird kann aufgefangen wieder verwendet werden (Recycling).

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, weist das im dargestellten Ausführungsbeispiel verwendete Aluminium, welches im Schritt S130 als Druckguss in die Druckgussform eingebracht wird und dessen Temperaturverlauf eine erste Kennlinie Kl zeigt, bis zum Zeitpunkt tl einen festen ersten Zustand ZI auf. Während eines ersten Zeitfensters tF(AI) zwischen dem Zeitpunkt tl und einem zweiten Zeitpunkt t2 weist der einbrachte Aluminiumdruckguss einen flüssigen bzw. zähflüs- sigen Zustand Z2 und eine Temperatur im Bereich von 400 bis 580°C auf. Ab dem Zeitpunkt t2 erstarrt der Aluminiumdruckguss und weist wieder den festen ersten Zustand ZI auf. Wie die erste Kennlinie Kl zeigt, kühlt der Aluminiumdruckguss langsam ab. Wie aus Fig. 5 weiter ersichtlich ist, weist die Füllung 5 des Hohlkörpers 30, deren Temperaturverlauf eine zweite Kennlinie K2 zeigt, während des Gießens noch den festen ersten Zustand ZI auf, d.h. der Hohlkörper 30 bleibt stabil. Nach dem ersten Zeitfenster tF(AI), welches sehr kurz ist (ca. 1 Sekunde) erstarrt der Druckguss und wird fest. Parallel wird die Füllung 5 im Hohlkörper 30 durch den heißen Druckguss aufgewärmt und die Schmelztemperatur der Füllung 5 wird erreicht bzw. überschritten. Bei der Verwendung von Zinn erreicht die Füllung 5 zu einem dritten Zeitpunkt t3 ihre Schmelztemperatur und wechselt für die Dauer eines zweiten Zeitfensters tF(Zn) in den flüssigen bzw. zähflüssigen Zustand Z2. Bei der Verwendung von Zink erreicht die Füllung 5 zu einem vierten Zeitpunkt t4 ihre Schmelztemperatur und wechselt für die Dauer eines dritten Zeitfensters tF(Sn) in den flüssigen bzw. zähflüssigen Zustand Z2. Ab einem fünften Zeitpunkt t5 erstarrt die Füllung 5 wieder weist wieder den festen ersten Zustand ZI auf. Somit kann die geschmolzene Füllung 5 bei der Verwendung von Zinn während des zweiten Zeitfensters tF(Zn) aus dem Hohlkörper 30 mit hohem Druck entfernt werden. Bei der Verwendung von Zink kann die geschmolzene Füllung 5 wäh- rend des dritten Zeitfensters tF(Sn) aus dem Hohlkörper 30 mit hohem Druck entfernt werden, wobei das dritte Zeitfenster tF(Sn) wesentlich kürzer als das zweite Zeitfensters tF(Zn) ist, dessen Ende und der Übergang in den festen ersten Zustand aufgrund der Skalierung des Diagramms nicht mehr sichtbar ist.