Kühlen von Stromversorgungen

Beste Effizienz auch beim Thermal Management

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Die Montagefreundlichkeit ist eine wichtige Eigenschaft

Die Montagefreundlichkeit der Netzteilbaugruppe ist maßgeblich für eine effiziente und damit wirtschaftliche Produktion. Hier gilt: weniger ist oft mehr. Die meisten Kühlkörper sind so konzipiert, dass sie ohne zusätzliche Montageelemente wie beispielsweise Schrauben montierbar sind.

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Erreicht wird das mittels eingepresster Einlöthilfe, sodass der Kühlkörper direkt auf der Lötwelle mit der Leiterplatte verbunden wird. Vorteil aufgelöteter Kühlkörper ist außerdem, dass diese elektrisch mit der Elektronik, insbesondere ruhendem Potenzial verbunden sind. Abschirmeffekte zur EMV-Minimierung kommen zudem den Elektronikentwicklern zugute.

In einer optimierten Produktion werden zur Vereinfachung der Montage die Kühlkörper-Applikationen vormontiert. D.h. das Kühlmedium wird ggf. mit der Thermo-Isolierfolie beklebt, anschließend werden die elektronischen Bauteile mittels der Befestigungslösungen angebracht. Diese Arbeit erfolgt an gesonderten Arbeitsplätzen. Vormontierte Kühlkörper-Baugruppen fließen danach in den Produktionsprozess ein.

Eine besondere Herausforderung ist das Design der Kühlkörper mit dem Ziel, den zur Verfügung stehenden Bauraum bestmöglich zu nutzen. Hierzu werden Kühlkörper optimal geformt, um theoretisch jede Lücke zwischen den elektrischen Bauteilen zu nutzen.

Die thermische Konvektion gilt es dabei stets zu berücksichtigen, ebenso die elektrische Sicherheit. Die Einbaulage des Netzteils ist hier ebenfalls von Wichtigkeit, damit die erwärmte Luft bestmöglich von dem Kühlkörper abfließen kann; somit wird ein Wärmestau vermieden.

Es finden zunehmend auch diskrete Lösungen Anwendung. Diskret heißt, man verwendet Montageplatten, Front- und Rückwände von Gehäusen, Gehäusedeckel und auch Kunststoffgehäuse, um die Wärme abzuführen.

Dabei werden die relevanten elektrischen Bauteile entweder direkt an den Gehäuseteilen befestigt oder man verwendet zusätzliche Montagelemente wie Wärmeleitbleche. Diese sind dann mit dem Gehäuse verschraubt oder mit Hilfe einer geeigneten Konstruktion an eine Fläche des Gehäuses gedrückt. So entstehen Kühllösungen ohne einen Kühlkörper im eigentlichen Sinne auf der Leiterplatte zu platzieren.

Im Entwicklungskonzept „Von der Idee zur Serie“ stehen die Anforderungen des Kunden am Anfang. Nach der Konzeptionierung der Elektronik entstehen die ersten Mechanikdaten mittels 3D-CAD-Software. In diese Arbeit fließen Berechnungen und Erfahrungswerte aus den internen Design-Vorgaben ein.

Nach Abschluss der Konstruktion gibt es von Musterlieferanten zügig Versuchsmuster im CNC-Verfahren. Mit diesen Mustern entstehen die ersten Prototypen. Zur nachfolgenden Verifizierung gehört die ausgiebige Klimamessung, welche die berechneten und simulierten Werte bestätigt. Nach Optimierungen kann je nach Komplexität des Netzteils die Beauftragung der Serienwerkzeuge für den Kühlkörper erfolgen.

* Marc Erdmann ist Ingenieur für Konstruktion und Entwicklung bei inpotron Schaltnetzteile, Hilzingen.

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