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Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zur Kühlung elektronischer Komponenten eines Kraftfahrzeugs, umfassend
- - eine plattenartige Kühlkanalabdeckung, auf deren erster Seite an einer Kühlposition eine zu kühlende elektronische Komponente in thermischem Kontakt fixiert ist, und auf deren der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite im Bereich der Kühlposition eine Turbulenzmatte stoffschlüssig fixiert ist,
- - sowie ein Kühlmittelleitgehäuse, in dem ein von einem Kühlmittel durchströmbarer Zulaufkanal und Ablaufkanal angeordnet sind, und dessen mit der zweiten Seite der Kühlkanalabdeckung fluiddicht verbundene Deckelplatte eine einen Kühlkanal bildende Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefung aufweist, die über eine Kühlmitteleinlassöffnung mit dem Zulaufkanal und über eine Kühlmittelauslassöffnung mit dem Ablaufkanal strömungsverbunden ist, und in die die Turbulenzmatte eingesetzt ist.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen einer Kühlanordnung zur Kühlung elektronischer Komponenten eines Kraftfahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen einer plattenartigen Kühlkanalabdeckung, auf deren erster Seite an einer Kühlposition eine zu kühlende elektronische Komponente in thermischem Kontakt fixiert ist,
- - Bereitstellen einer Turbulenzmatte,
- - Bereitstellen eines deckelseitig offenen Kühlmittelleitgehäuses, in dem ein von einem Kühlmittel durchströmbarer Zulaufkanal und Ablaufkanal angeordnet sind,
- - Bereitstellen einer Deckelplatte für das Kühlmittelleitgehäuse, die eine einen Kühlkanal bildende Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefung mit einer Kühlmitteleinlassöffnung zur Strömungsverbindung mit dem Zulaufkanal und einer Kühlmittelauslassöffnung zur Strömungsverbindung mit dem Ablaufkanal aufweist,
- - Stoffschlüssiges Fixieren der Turbulenzmatte auf der der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Kühlkanalabdeckung im Bereich der Kühlposition.
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Eine gattungsgemäße Kühlanordnung und ein gattungsgemäßes Herstellungsverfahren sind in der zum Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2020 207 966.8 beschrieben.
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In der Leistungselektronik von Kraftfahrzeugen, insbesondere von rein elektrischen oder elektrohybriden Kraftfahrzeugen, werden hohe Leistungen gehandhabt. Die hierfür eingesetzten elektronischen Komponenten wie etwa sogenannte Leistungsmodule, z. B. IGBTs, benötigen Kühler zum Abführen der dabei anfallenden Wärme. Häufig werden solche elektronischen Komponenten mit Kühlstrukturen, beispielsweise labyrinthartigen Kühlrippen, ausgestattet, die von einem i. d. R. flüssigen Kühlmittel umströmt werden. Diese Kühlstrukturen können unmittelbar an der elektronischen Komponente angebracht sein und in einen Kühlmittelkanal (kurz: Kühlkanal) hineinragen. Es ist jedoch auch bekannt, die elektronischen Komponenten flächig mit einer Platte, die eine Öffnung des Kühlkanals abdeckt, zu verbinden und die Kühlstrukturen auf der gegenüberliegenden, dem Kühlkanal zugewandten Seite dieser plattenförmigen Kühlkanalabdeckung anzubringen.
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Aus der eingangs genannten Patentanmeldung ist eine Kühlanordnung zur Kühlung elektronischer Komponenten eines Kraftfahrzeugs mit solch einer plattenartigen Kühlkanalabdeckung bekannt, bei der an mehreren Stellen, die hier jeweils als Kühlposition bezeichnet werden, zu kühlende elektronische Komponenten in thermischem Kontakt auf einer ersten Seite der Kühlkanalabdeckung fixiert, insbesondere aufgelötet oder aufgesintert, sind. Auf der der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Kühlkanalabdeckung ist im Bereich jeder Kühlposition jeweils eine Turbulenzmatte angelötet. Als Turbulenzmatte ist hier jede flächig ausgedehnte und parallel zur Ausdehnungsebene von Kühlmittel durchströmbare und die Kühlmittelströmung dabei zu Turbulenzen anregende Struktur zu verstehen. In der gattungsbildenden Anmeldung wird die auch im Kontext der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungsform einer solchen Turbulenzmatte als Anordnung bezogen auf die Wellenperiode phasenversetzt miteinander verbundener Wellblechstreifen beschrieben.
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Die zweite Seite der Kühlkanalabdeckung ist fluiddicht mit der Deckelplatte eines Kühlmittelleitgehäuses verlötet, in dessen Innerem ein von einem Kühlmittel durchströmbarer Zulaufkanal und ein von einem Kühlmittel durchströmbarer Ablaufkanal angeordnet sind. Die Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses weist an den Positionen, an denen sich die Turbulenzmatten befinden, hier als Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefungen bezeichnete Vertiefungen auf, die der Bildung eines auf die Kühlposition beschränkten Kühlkanals zwischen dem Kühlmittelleitgehäuse und der Kühlkanalabdeckung sowie der Aufnahme der Turbulenzmatte dienen. Die in die Aufnahmevertiefungen eingesetzten Turbulenzmatten sind jeweils an ihrer der Kühlkanalabdeckung abgewandten Unterseite mit dem Boden der Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefungen verlötet.
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Über eine Kühlmitteleinlassöffnung, die mit dem Zulaufkanal strömungsverbunden ist, kann Kühlmittel aus dem Inneren des Kühlmittelleitgehäuses in den Kühlkanal gelangen. Über eine mit dem Ablaufkanal strömungsverbundene Kühlmittelauslassöffnung wiederum gelangt das Kühlmittel aus dem Kühlkanal zurück in das Innere des Kühlmittelleitgehäuses.
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Für die Herstellung dieser bekannten Vorrichtung wird zunächst die elektronische Komponente auf die Kühlkanalabdeckung aufgelötet oder aufgesintert, bevor letztere dann mit der Turbulenzmatte und der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses - wie weiter oben beschrieben - verlötet werden. Erst danach werden die übrigen Teile des Kühlmittelleitgehäuses an seiner Deckelplatte fixiert.
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Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung ist, dass die Lötverbindungen zwischen der Turbulenzmatte und der Kühlkanalabdeckung, die Lötverbindungen zwischen der Turbulenzmatte und der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses sowie die außerhalb der Kühlposition bestehende, vollflächige Lötverbindung zwischen der Kühlkanalabdeckung und der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses - zumindest beim Schmelzlöten - eine zusätzliche Schicht Lot erfordern. Dies ist nicht nur kosten- und fertigungstechnisch ungünstig. Die zusätzliche Schicht vergrößert auch die Dicke der Kühlkanalabdeckung im Bereich der Kühlpositionen, sodass die Kühlung der elektronischen Komponenten erschwert wird. Zudem ist eine Lotverbindung generell wenig robust gegenüber mechanischen Einwirkungen und höheren Temperaturen, sodass hier vergleichsweise große Flächen stoffschlüssig miteinander verbunden werden müssen, um eine hinreichende mechanische Stabilität der Kühlanordnung zu erreichen, was die Herstellung der Kühlanordnung besonders aufwendig macht.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige, leicht herzustellende Kühlanordnung, die eine besonders effiziente Kühlung der elektronischen Komponenten ermöglicht, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Turbulenzmatte einseitig mit der Kühlkanalabdeckung laserverschweißt ist, während sie ohne Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Boden der Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefung in diese hineinragt, wobei die Kühlkanalabdeckung am Umfang ihrer zweiten Seite mit der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses laserverschweißt ist.
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Die Aufgabe wird weiter in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 6 dadurch gelöst, dass die Turbulenzmatte mittels Laserschweißens an der Kühlkanalabdeckung stoffschlüssig fixiert wird, und die Deckelplatte in einer das Kühlmittelleitgehäuse deckelseitig verschließenden Weise an diesem fixiert wird, bevor die Kühlkanalabdeckung dann so auf die Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses aufgesetzt wird, dass die an der Kühlkanalabdeckung fixierte Turbulenzmatte ohne die Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Boden der Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefung in diese hineinragt, woraufhin die Kühlkanalabdeckung am Umfang ihrer zweiten Seite mittels Laserschweißens mit der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses fluiddicht verbunden wird.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Bei der erfindungsgemäßen Kühlanordnung bzw. dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren sind bzw. werden sowohl die Turbulenzmatte als auch die Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses mit der Kühlkanalabdeckung laserverschweißt. Die Nutzung der Technik des Laserschweißens ermöglicht den Einsatz filigraner Kühlstrukturen wie der hier bevorzugten Ausführungsform der Turbulenzmatte sowie den Einsatz dünnwandiger Bleche für die Kühlkanalabdeckung und/oder die Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses. Die Verwendung solch dünnwandiger Bleche als Schicht zwischen der Verlustwärme erzeugenden, elektronischen Komponente und dem das Kühlmittel führenden Kühlkanal führt zu einer effizienteren Kühlung der elektronischen Komponente, weil über dünnwandige Schichten mehr Wärme von der elektronischen Komponente zum Kühlmittel gelangt.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Turbulenzmatte, die von einer durch die Kühlkanalabdeckung sowie die Seitenwände und den Boden der Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefung gebildeten Kühlkanalwandung umschlossen ist, lediglich an einer Seite mit dieser verbunden ist. Genauer gesagt, ist die Turbulenzmatte ausschließlich mit der Kühlkanalabdeckung laserverschweißt, während zwischen ihr und dem Boden der Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefung keine stoffschlüssige Verbindung besteht. Es hat sich herausgestellt, dass eine einseitige Befestigung der Turbulenzmatte an der die elektronischen Leistungskomponenten tragenden Seite genügt, um hinreichend mechanische Stabilität der Kühlanordnung zu gewährleisten.
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Der Umstand, dass erfindungsgemäß zunächst einerseits die Turbulenzmatte an der die elektronische Komponente tragenden Kühlkanalabdeckung fixiert wird und andererseits das Kühlmittelleitgehäuse mit seiner Deckelplatte verbunden wird, bevor die beiden Teile zusammengefügt werden, erlaubt ein einfaches Aufsetzen der Kühlkanalabdeckung auf die Deckelplatte und anschließendes Laserverschweißen an deren Umfang zur finalen Verbindung der Bauteile. Das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Kühlanordnung ist also besonders einfach. Darüber hinaus werden dadurch Kosten gespart, dass die Technik des Laserschweißens, wie beschrieben, mehrfach eingesetzt wird, nämlich sowohl zum Befestigen der Turbulenzmatte als auch der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses an die Kühlkanalabdeckung. Dadurch erübrigt sich ein Maschinenwechsel.
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Weiter ist vorteilhaft, dass die bei den Laserschweiß-Schritten bereits an der Kühlkanalabdeckung fixierte, thermisch empfindliche elektronische Komponente durch den Einsatz einer hoch lokal wirkenden, thermischen Fügemethode wie dem Laserschweißen keinen Schaden nimmt.
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Günstigerweise wird eine Turbulenzmatte eingesetzt, die so dimensioniert ist, dass sie nach dem Aufsetzen der Kühlkanalabdeckung auf die Deckelplatte am Boden der Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefung anliegt. Bei der fertigen Kühlanordnung liegt die Turbulenzmatte also idealerweise am Boden der Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefung an. Das heißt, es besteht kein Freiraum zwischen der Unterseite der Turbulenzmatte und dem Boden der Aufnahmevertiefung. Dadurch wird sichergestellt, dass sämtliches Kühlmittel, das den Kühlkanal passiert, durch die Strukturen der Turbulenzmatte hindurchströmt. Auf diese Weise wird die Zeit, die das Kühlmittel vom Eintritt in den Kühlkanal durch die Kühlmitteleinlassöffnung bis zu seinem Wiederaustritt durch die Kühlmittelauslassöffnung benötigt, maximiert, sodass in der Folge mehr Wärme pro Kühlmittelvolumen aufgenommen wird. Die Wärmeaufnahme durch das Kühlmittel ist demnach effizienter, als wenn die Turbulenzmatte vom Boden der Aufnahmevertiefung beabstandet wäre und ein Teil des Kühlmittels am Grund der Aufnahmevertiefung entlang strömen würde, ohne durch die Turbulenzmatte zu fließen, von ihr in Turbulenzen versetzt zu werden und dort Abwärme der elektronischen Komponente aufzunehmen. Ein geringer Spalt zwischen der Turbulenzmatte und dem Boden der Aufnahmevertiefung ist in den meisten Fällen aber unschädlich.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist bzw. wird die Kühlkanalabdeckung an Stoffschluss-Verbindungsstellen, die an der zweiten Seite der Kühlkanalabdeckung beabstandet von ihrem Außenrand und außerhalb der Kühlposition angeordnet sind, zusätzlich punktuell mit der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses stoffschlüssig verbunden. Die Kühlkanalabdeckung ist also nicht nur über den Umfang ihrer zweiten Seite, sondern auch über Stoffschluss-Verbindungsstellen mit der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses stoffschlüssig verbunden. Die Stoffschluss-Verbindungsstellen befinden sich auf der zweiten Seite der Kühlkanalabdeckung, aber nicht an deren Außenrand und nicht an der Kühlposition, an der die Turbulenzmatte fixiert ist. Die zusätzliche stoffschlüssige Verbindung der Kühlkanalabdeckung mit der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses verleiht der gesamten Kühlanordnung eine höhere mechanische Stabilität. Insbesondere können größere Mengen Kühlmittel in einer kürzeren Zeit durch den Kühlkanal geleitet werden, ohne dass der dadurch entstehende höhere Druck im Kühlkanal die Kühlkanalabdeckung und die Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses auseinander pressen und ein Eindringen von Kühlmittel in den dabei entstehenden Freiraum zwischen der Kühlkanalabdeckung und der Deckelplatte erlauben würde. Es hat sich herausgestellt, dass es zum Erreichen der beschriebenen Vorteile genügt, wenn die zusätzliche stoffschlüssige Verbindung punktuell, also an wenigen, einzelnen Verbindungsstellen besteht. Diese Ausführungsform ist also besonders wirtschaftlich, da es keiner vollflächigen stoffschlüssigen Verbindung zwischen der Kühlkanalabdeckung und der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses bedarf.
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Bevorzugt ist bzw. wird die Kühlkanalabdeckung an den Stoffschluss-Verbindungsstellen mit der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses verschweißt, insbesondere laserverschweißt. Eine Schweißverbindung bietet gegenüber anderen stoffschlüssigen Verbindungen wie Klebeverbindungen und Lötverbindungen den Vorteil, dass diese Verbindung besonders robust gegenüber mechanischen Einwirkungen und höheren Temperaturen ist. Die verschweißten Verbindungen halten also auch einem höheren Druck im Kühlkanal, wie oben beschrieben, stand. Ebenso eignen sich die Schweißverbindungen für Kühlanordnungen, die elektronische Komponenten mit einer vergleichsweise hohen Verlustwärme aufweisen. Denn die Schweißverbindungen widerstehen auch einer höheren Verlustwärme, die durch Wärmeleitung über die Kühlkanalabdeckung zu den Stoffschluss-Verbindungsstellen gelangen kann.
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Weiter bevorzugt sind die Stoffschluss-Verbindungsstellen als Durchbrechungen in der Kühlkanalabdeckung ausgebildet, an deren Innenumfang die Kühlkanalabdeckung mit der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses verschweißt, insbesondere laserverschweißt, ist bzw. wird. Bei den Durchbrechungen handelt es sich um durchgängige Öffnungen in der Kühlkanalabdeckung, sodass nach dem Aufsetzen der Kühlkanalabdeckung auf die Deckelplatte die Oberfläche der Deckelplatte an den Stoffschluss-Verbindungsstellen sichtbar und für einen Laserschweißstrahl zugänglich ist. Die Durchbrechungen ermöglichen also ein unkompliziertes, hoch lokales Laserverschweißen der Kühlkanalabdeckung mit der Deckelplatte an den Stoffschluss-Verbindungsstellen, wobei ausschließlich am Innenumfang der Durchbrechungen eine Schweißnaht entsteht. Eine Laserverschweißung ist besonders vorteilhaft, da - im Gegensatz zu anderen Verschweißungen - für die Kühlkanalabdeckung und/oder die Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses sehr dünnwandige Bleche eingesetzt werden können. Dies verbessert, wie weiter oben beschrieben, die Kühlung der elektronischen Komponente. Zudem ist die Laserverschweißung das Ergebnis eines hoch lokalen Wärmeeintrags, weshalb diese Art der Verbindung für die an der Kühlkanalabdeckung fixierte, thermisch empfindliche elektronische Komponente besonders schonend ist. Schließlich sind der Aufwand und die Kosten für das Herstellungsverfahren dadurch reduziert, dass die Technik des Laserschweißens ohnehin bereitsteht, da sie bereits für das stoffschlüssige Fixieren der Turbulenzmatte an der Kühlkanalabdeckung sowie das Fixieren der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses an die Kühlkanalabdeckung über deren Umfang eingesetzt wurde.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Ansicht einer Kühlkanalabdeckung mit daran fixierten elektronischen Komponenten,
- 2: eine perspektivische Darstellung einer Turbulenzmatte,
- 3a: eine perspektivische Darstellung eines Kühlmittelleitgehäuses mit einer daran fixierten Deckelplatte,
- 3b: eine Schnittdarstellung des Kühlmittelleitgehäuses aus 3a,
- 4: das Laserverschweißen der Turbulenzmatte aus 2 an der zweiten Seite der Kühlkanalabdeckung aus 1,
- 5: das Aufsetzen der Kühlkanalabdeckung aus 4 auf die Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses aus 3a,
- 6: das Laserverschweißen der Kühlkanalabdeckung mit der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses aus 5 an ihrem Umfang und
- 7: das Laserverschweißen der Kühlkanalabdeckung mit der Deckelplatte des Kühlmittelleitgehäuses aus 6 an den als Durchbrechungen ausgebildeten Stoffschluss-Verbindungsstellen.
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung geeigneten, plattenartigen Kühlkanalabdeckung 14, auf deren ersten Seite 141 bereits voneinander beabstandet drei elektronische Komponenten 12 in thermischem Kontakt fixiert sind. Als Kühlkanalabdeckung 14 fungiert hier ein mit Kupfer beschichtetes Aluminiumblech, auf dem die elektronischen Komponenten 12 mittels Sinterns, insbesondere Silbersinterns mit einer Silbersinterpaste bei 250 °C und 20 MPa, fixiert wurden. Die Positionen, an denen die elektronischen Komponenten 12 fixiert sind, definieren die Kühlpositionen 143 der Kühlanordnung. Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung wird in einem ersten Schritt eine solche Kühlkanalabdeckung 14 bereitgestellt. Dabei spielt die konkret verwendete Fügetechnik für das Anbringen der elektronischen Komponente(n) 12 auf der Kühlkanalabdeckung 14 im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine Rolle. In jedem Fall sollte sie aber einen guten thermischen Kontakt zwischen der bzw. den elektronischen Komponenten 12 und der Kühlkanalabdeckung 14 etablieren.
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In 2 ist eine ebenfalls für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung bereitzustellende Turbulenzmatte 18 dargestellt. Die Turbulenzmatte 18 ist ausgebildet als eine Anordnung von Wellblechstreifen, die bezogen auf die Wellenperiode phasenversetzt miteinander verbunden sind.
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Die 3a und b zeigen ein für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung geeignetes Kühlmittelleitgehäuse 20, auf dem bereits in einer das Kühlmittelleitgehäuse 20 verschließenden Weise eine Deckelplatte 16 fixiert wurde. Zu erkennen sind drei Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefungen 24 in der Deckelplatte 16, die Turbulenzmatten (nicht eingezeichnet) aufnehmen können und Kühlkanäle 22 bilden. Im Zentralbereich des Bodens jeder Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefung 24 ist eine Kühlmitteleinlassöffnung 241 eingebracht, durch die Kühlmittel aus einem im Kühlmittelleitgehäuse 20 angeordneten Zulaufkanal 201 in die Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefung 24 und somit in den Kühlkanal 22 einströmen kann. Im Betrieb durchströmt solches Kühlmittel sodann die Turbulenzmatte und verlässt die Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefung 24 über Kühlmittelauslassöffnungen 242, die hier als offene Seiten der Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefungen 24 ausgebildet sind, und gelangt so in einen im Kühlmittelleitgehäuse 20 angeordneten Ablaufkanal 202. Vorzugsweise besteht die Deckelplatte 16 aus einem dünnwandigen Aluminiumblech, das mittels Hartlötens bei 600 °C mit dem vorzugsweise ebenfalls aus Aluminium bestehenden Kühlmittelleitgehäuse 20 verbunden wurde. Das zusammengesetzte Kühlmittelleitgehäuse 20 mit Deckelplatte 16 kann also aus wenigen, kostengünstigen Einzelbauteilen gefertigt sein.
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In 4 ist der erfindungsgemäße Schritt zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung dargestellt, bei dem die Turbulenzmatte 18 aus 2 an der zweiten Seite 142 der Kühlkanalabdeckung 14 aus 1 mittels Laserschweißens fixiert wird. Dafür wird die Turbulenzmatte 18 auf der zweiten Seite 142 der Kühlkanalabdeckung 14 an einer Kühlposition 143 aufgelegt. Dabei kontaktieren die Unterseiten der Wellentäler der Turbulenzmatte 18 die zweite Seite 142 der Kühlkanalabdeckung 14. Die Turbulenzmatte 18 wird an der Kühlkanalabdeckung 14 fixiert, indem die beschriebenen Kontaktstellen mittels eines Laserstrahls hoch lokal aufgeschmolzen werden, sodass sich nach dem Erkalten eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen ergibt.
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5 zeigt das Aufsetzen der Kühlkanalabdeckung 14 aus 4 auf die Deckelplatte 16 des Kühlmittelleitgehäuses 20 aus 3a. Dabei wird die Kühlkanalabdeckung 14 mit ihrer zweiten Seite 142 so auf die Deckelplatte 16 des Kühlmittelleitgehäuses 20 aufgesetzt, dass die an der Kühlkanalabdeckung 14 fixierten Turbulenzmatten 18 in die korrespondierenden Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefungen 24 hineinragen. Für eine optimale Kühlwirkung sind die Turbulenzmatten 18 idealerweise so dimensioniert, dass sie im aufgesetzten Zustand der Kühlkanalabdeckung 14 auf der Deckelplatte 16 am Boden ihrer jeweils zugeordneten Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefung 24 anliegen. Stoffschlüssige Verbindungen zwischen den Turbulenzmatten 18 und den Böden 243 der Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefungen 24 werden nicht ausgebildet, weil auch bei einer einseitigen Fixierung der Turbulenzmatten 18 an der wärmeren Seite eine hinreichende mechanische Stabilität der Kühlanordnung erreicht wird.
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In 6 ist das Laserverschweißen der Kühlkanalabdeckung 14 mit der Deckelplatte 16 des Kühlmittelleitgehäuses 20 aus 5 an ihrem Umfang dargestellt. Dadurch entsteht eine fluiddichte Verbindung zwischen der Kühlkanalabdeckung 14 und der Deckelplatte 16.
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7 zeigt schließlich den optionalen, aber bevorzugten Herstellungsschritt, bei dem die Kühlkanalabdeckung 14 zusätzlich zur stoffschlüssigen Verbindung über den Umfang an Stoffschluss-Verbindungsstellen 26 mit der Deckelplatte 16 des Kühlmittelleitgehäuses 20 verschweißt, insbesondere laserverschweißt, wird. Dadurch wird der gesamten Kühlanordnung 10 eine höhere mechanische Stabilität verliehen. Die hier als Durchbrechungen ausgebildeten Stoffschluss-Verbindungsstellen 26 sind vom Außenrand der Kühlkanalabdeckung 14 beabstandet und befinden sich außerhalb der Kühlpositionen 143, an denen die elektronischen Komponenten 12 angebracht sind. Die Durchbrechungen 26 werden an ihrem Innenumfang 261 unter der Ausbildung von feinen Schweißnähten mit der Deckelplatte 16 laserverschweißt. Das Fügen der Bauteile mittels Laserschweißens erlaubt die Verwendung dünnwandiger Bleche für die Kühlkanalabdeckung 14 und die Deckelplatte 16 des Kühlmittelleitgehäuses 20, sodass eine Kühlanordnung 20 mit einer verbesserten Kühlwirkung erhalten wird.
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Insgesamt stellt das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung 10 eine besonders einfach zu realisierende, kostengünstige Methode dar, bei der die an der Kühlkanalabdeckung 14 fixierten, thermisch empfindlichen elektronischen Komponenten 12 aufgrund der hoch lokalen Wirkung des Laserschweißens keinen Hitzebedingten Schaden nehmen. Zugleich sind die laserverschweißten Fügestellen besonders robust gegenüber hohen Temperaturen und mechanischen Einwirkungen. Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kühlanordnung
- 12
- elektronische Komponente
- 14
- Kühlkanalabdeckung
- 141
- erste Seite von 14
- 142
- zweite Seite von 14
- 143
- Kühlposition
- 16
- Deckelplatte
- 18
- Turbulenzmatte
- 20
- Kühlmittelleitgehäuse
- 201
- Zulaufkanal
- 202
- Ablaufkanal
- 22
- Kühlkanal
- 24
- Turbulenzmatten-Aufnahmevertiefung
- 241
- Kühlmitteleinlassöffnung
- 242
- Kühlmittelauslassöffnung
- 243
- Boden von 24
- 26
- Stoffschluss-Verbindungsstellen
- 261
- Innenumfang von 26
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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