Flüssigkeitskühlkörper für die Leistungselektronik

Typische Anwendungsbereiche von Flüssigkeitskühlkörper in der Leistungselektronik sind u.a. Batteriemanagementsysteme von Elektrofahrzeugen, die Medizintechnik, Technologien der Erneuerbaren Energie und Hochspannungsumrichter. CTX bietet für jede Applikation den passenden Flüssigkeitskühlkörper, die sich in ihren Herstellungsverfahren unterscheiden. Die Wahl der Kühlkörpermaterialien und des jeweiligen Herstellungsverfahrens hängt maßgeblich von der gewünschten Leistungsfähigkeit, dem genutzten Kühlmittel sowie der benötigten Kühlkörpermenge ab. Der klassische Flüssigkeitskühlkörper besteht aus einer Kupfer- oder Aluminium-Kühlplatte mit eingebetteten Rohren aus Kupfer, Edelstahl oder Aluminium.

Kupfer- oder Aluminiumkühlplatten mit gefrästen Kühlkanälen, deren Ober- und Unterplatte mittels Reibrührschweißen oder Verschraubung miteinander verbunden sind, werden aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Herstellungskosten vor allem als Prototyp zu Beginn einer Serienproduktion oder für die Einzelfertigung eingesetzt. Ebenfalls eher für die Herstellung von Einzelstücken oder kleine Serien geeignet, sind Kühlplatten aus Aluminium oder Kupfer mit kernlochgebohrten Kühlkanälen. Dieses Verfahren erfordert speziell bei großen Kühlkörpern eine sehr hohe Präzision.

Flüssigkeitskühlkörper, deren Ober- und Unterplatte durch Hart- oder Hochtemperaturlöten miteinander verbunden sind (Brazed Kühlkörper), bieten sich für High-End-Anwendungen und komplexe Geometrien – z.B. integrierte Turbulatoren – an. Dabei ist die Kantenlänge der Kühlkörper verfahrensbedingt auf ca. 500 mm begrenzt. Weitere extrem leistungsstarke Flüssigkeitskühlkörper für High-End-Anwendungen sind kaltfließgepresste Flüssigkeitskühlkörper aus Reinkupfer oder Reinaluminium mit integrierten Finnen. Das spezielle Herstellungsverfahren sorgt für eine verlustfreie Wärmeleitung zwischen Finnen, Kühlrohren und Kühlplatten. Eine typische Anwendung ist die Kühlung von IGBT.

Flüssigkeitskühlkörper aus Aluminium mit extrudierten Kühlkanälen werden mithilfe eines speziellen Extrusionswerkzeugs gefertigt. Dieses Verfahren eignet sich für die Serienproduktion und wird auch zur Herstellung des sogenannten Super Plate-Systems aus Kühlkörper, Zirkulationspumpe, Ausgleichsbehälter und Wärmetauscher genutzt. Speziell für den Volumenbereich bieten sich Aluminium-Druckgusskühlkörper mit eingepressten oder integrierten Kühlrohren an. Das Verfahren erlaubt die Realisierung komplexer Kühlkörpergeometrien zu geringen Stückkosten. Da „nur“ die Kühlplatte mit dem Werkzeug hergestellt wird, bestehen keine Beschränkungen hinsichtlich des Materials der Kühlrohre. In die vorgeformten Nuten können je nach Anwendung und Kühlflüssigkeit Rohre aus Aluminium, Kupfer oder Edelstahl eingepresst werden.

Bei der Wahl eines geeigneten, optimal dimensionierten Kühlkörpers unterstützt CTX durch umfassende Beratung und eine thermische Simulation auf Basis der jeweiligen thermodynamischen Randbedingungen. Dadurch lassen sich mögliche thermische Probleme bereits in der Planungsphase erkennen und der Prozess der Prototypenfertigung verkürzen bzw. eliminieren.

Übrigens: CTX bietet auch die Veredlung der Kühlkörperoberfläche durch Chromatieren, Eloxieren, Pulverlackieren etc. an.