Vergleich Laserschweissen und Extrusion bei Kühlkörpern
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 >30kg pro Laufmeter grosse Pressen benötigt werden.
Um die kundenspezifischen Anforderungen an Design und Grösse von Kühlkörpern zu erfüllen, wurde das Herstellungsverfahren Laserschweissen entwickelt. Diese 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.
Vergleich Extrusion und Laserschweissen
| Laserschweissen | Extrusion | |||
|---|---|---|---|---|
| Material | Laserschweissen | Alu EN AW 10500 Boden und Rippen | Extrusion | Alu EN AW 6060 Boden und Rippen |
| Grösse | Laserschweissen | 450 x 400 x 100 mm (b x l x h) | Extrusion | 450 x 400 x 100 mm (b x l x h) (Kühlkörperbreite mit Reibrührschweissen) |
| Rippenabstand | Laserschweissen | 5.5 mm | Extrusion | 7 mm |
| Rippendicke | Laserschweissen | 1.5 mm | Extrusion | 1.5 mm |
| Anzahl Rippen | Laserschweissen | 80 | Extrusion | 62 |
| Maximale Oberflächentemperatur | Laserschweissen | 90 °C | Extrusion | 102 °C |
| Rth | Laserschweissen | 16.6 C/kW | Extrusion | 20.4 C/kW |
| Druckflussmenge | Laserschweissen | 825 m3/h | Extrusion | 874 m3/h |
| Druckabfall | Laserschweissen | 265 mbar | Extrusion | 185 mbar |
| Verlustleitung | Laserschweissen | Verlustleitung 3 kW bei 40 °C Umgebungstemperatur | Extrusion | 3kW bei 40 °C Umgebungstemperatur |
Performancevorteil beim Laserschweissen
Der Performancevorteil des lasergeschweissten Kühlkörpers resultiert in einer Reduktion des RTH-Wertes von ca. 15% und einer Hotspot-Temperatursenkung von ca. 12 Grad. Hier im Anwendungsbeispiel wurde die Technologie 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.
v.l. Temperaturverteilung auf IGBT / Forcierte Lüftung 825 m3/h
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 die 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.
