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Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper mit einem
Grundkörper für die Aufnahme mindestens eines
elektronischen Bauelements, und mit einem
Federelement zum Andrücken des Bauelements an den
Grundkörper, wobei das Federelement mittels eines
Verbindungsmittels an dem Grundkörper gehalten ist, gemäß
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
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Kühlkörper der hier angesprochenen Art sind
bekannt. Sie dienen dazu, in elektronischen
Schaltungen die Abwärme von Halbleitern aufzunehmen. Der
Halbleiter wird dazu mittels eines Federelements an
einen Grundkörper des Kühlkörpers angedrückt. Das
Federelement selbst wird an dem Grundkörper
gehalten, indem es in Hinterschneidungen des
Grundkörpers rastet oder in eine Vertiefung des
Grundkörpers gestemmt ist. Aufgrund dieser bisherigen
Befestigungen des Federelements an dem Grundkörper
sind die bekannten Kühlkörper nur mit einem
verhältnismäßig hohen Aufwand herstellbar.
Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Kühlkörper mit den im
Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet gegenüber dem
Stand der Technik den Vorteil, dass er einfacher
und kostengünstiger herstellbar ist. Dies ist zum
einen darauf zurückzuführen, dass durch die
Ausbildung des Verbindungsmittels als Steckverbindung,
die einen Vorsprung am Grundkörper aufweist, eine
Grundkörperform geschaffen ist, die mit einem
Fließpressverfahren (zum Beispiel durch Fügen) in
einfacher Weise hergestellt werden kann. Zum
anderen ist dies darauf zurückzuführen, dass durch die
Ausbildung einer Aufnahmeöffnung für den Vorsprung
an dem Federelement, deren Öffnungsrand zumindest
abschnittsweise unter aus Eigenelastizität des
Federelements und/oder des Vorsprungs resultierender
Vorspannung an der Mantelfläche des Vorsprungs
anliegt, ein in seiner Gestaltungsform einfaches
Federelement bereitgestellt werden kann. In Bezug auf
die Steckverbindung liegt ein wesentlicher
Erfindungsgedanke darin, eine aus dem Material des
Federelements beziehungsweise des Vorsprungs kommende
Eigenschaft, nämlich die Eigenelastizität, zur
Erzeugung der Vorspannung auszunutzen. Aufwendige
Ausgestaltungen des Federelements zur Erzeugung
einer Haltekraft am Vorsprung können vermieden
werden.
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Gemäß Anspruch 2 ist eine Ausgestaltung des
Federelements vorgesehen, die besonders einfach und
kostengünstig herstellbar ist.
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Gemäß Anspruch 3 ist der Vorteil geschaffen, dass
das Bauelement an definierter Stelle reproduzierbar
beaufschlagt wird.
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Nach einer Weiterbildung gemäß des Anspruchs 4 ist
ein Kühlkörper geschaffen, dessen Federelement - zum
Aufbringen der Vorspannung - im das Bauelement
beaufschlagenden Zustand eine elastische Durchbiegung
zwischen der Aufnahmeöffnung und der Kontaktstelle
für das Bauelement aufweist. Der das Bauelement
beaufschlagende Zustand ist dadurch hervorgerufen,
dass die Aufnahmeöffnung auf den Vorsprung
aufgeschoben wird, und zwar soweit, bis sich die
elastische Durchbiegung am Federelement einstellt und so
groß ist, dass das Bauelement mittels der aus der
Durchbiegung erzeugten Biegekraft an dem
Grundkörper gehalten wird. Das als Blattfeder ausgebildete
Federelement wirkt über seine Längsseite quasi als
"Biegestab", wobei die Aufnahmeöffnung die
Fixierstelle des "Biegestabes" bildet. Es wird nun die
aus der elastischen Durchbiegung des Federelements
resultierende Biegekraft nicht nur zum Halten des
Bauelements an dem Grundkörper verwendet, sondern
sie wird auch zum Aufbringen der Vorspannung
genutzt. Unter Vorspannung ist - im Zuge der
Anmeldung - die Kraft zu verstehen, die im eingesteckten
Zustand auf den Vorsprung und auf die
Aufnahmeöffnung, also auf die Einsteckverbindung, wirkt und
diese Verbindung durch aus der Durchbiegung
resultierenden Schrägstellung des Federelements und des
damit einhergehenden Anpressens des Öffnungsrandes
an den Mantel des Vorsprungs zusammenhält.
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Gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, dass der
Durchmesser der Aufnahmeöffnung größer als der zugehörige
Durchmesser des Vorsprungs ist. Im eingesteckten
Zustand wird dadurch - je nach Übermaß des
Durchmessers der Aufnahmeöffnung - eine Schrägstellung oder
zumindest die Tendenz einer Schrägstellung der
Aufnahmeöffnung beziehungsweise des Öffnungsrandes auf
dem Vorsprung erwirkt. Durch die Schrägstellung
werden zumindest zwei Berührungspunkte des
Öffnungsrandes mit der Mantelfläche des Vorsprungs
gebildet, einem - in Längsrichtung des Vorsprungs
gesehen - oberen und einem unteren Berührungspunkt. Im
eingesteckten Zustand ist mittels der
Berührungspunkte die die Steckverbindung zusammenhaltende
Anlage des Öffnungsrandes an den Vorsprung erzeugt.
Damit wird also aus dem größeren Durchmesser der
Aufnahmeöffnung ein Halteeffekt in der
Steckverbindung hervorgerufen.
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Im Zuge der Anmeldung sind unter dem Durchmesser
des Vorsprungs und dem Durchmesser der
Aufnahmeöffnung auch Ausgestaltungen zu verstehen, wenn sie
nicht kreisrund vorliegen, sondern andere
Querschnittsformen aufweisen. Eine sich entsprechende
Formgebung der Aufnahmeöffnung und des Vorsprungs
setzt nicht voraus, dass die Aufnahmeöffnung und
der Vorsprung in ihrer jeweiligen
Querschnittskonfiguration identisch ausgebildet sind.
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Gemäß Anspruch 6 ist ein Kühlkörper geschaffen, bei
dem die Erzeugung der Vorspannung nach einem
anderen Prinzip realisiert ist. Die Aufnahmeöffnung
weist für dieses Prinzip einen Durchmesser auf, der
vor der Montage des Federelements an wenigstens
einer Stelle des Umfangs der Aufnahmeöffnung, im
folgenden auch Aufnahmeöffnungsumfang genannt, kleiner
oder gleich groß als beziehungsweise wie der
Durchmesser des Vorsprungs an einer dieser Stelle
zugehörigen Stelle des Umfangs des Vorsprungs, im
folgenden auch Vorsprungsumfang genannt, ausgebildet
ist. Im montierten, also eingesteckten, Zustand
bilden die Aufnahmeöffnung und der Vorsprung nun
eine Pressverbindung, das heißt der Öffnungsrand
wird mit Presssitz auf der Mantelfläche des
Vorsprungs gehalten. Die Vorspannung resultiert somit
bei diesem Prinzip aus einer Spannkraft, die aus
dem Presssitz kommt. Es kann jedoch sein, dass die
Vorspannung sowohl aus der Spannkraft, als auch aus
der mittels der elastischen Durchbiegung erzeugten
Biegekraft resultiert, sich die Effekte beider
Prinzipien also überlagern.
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Gemäß Anspruch 7 ist vorgesehen, dass der
Randbereich der Aufnahmeöffnung zur Ausbildung von
Federlappen mit Einschnitten versehen ist. Mittels der
Federlappen ist der Vorteil geschaffen, dass die
Aufnahmeöffnung im Zuge der Aufsteckbewegung
stärker aufgeweitet werden kann, so dass bezüglich des
Durchmessers der Aufnahmeöffnung im vormontierten
Zustand ein größeres Untermaß erzeugbar ist. Da die
Federlappen im Zuge der Aufsteckbewegung entgegen
der Aufschubrichtung radial nach außen gebogen
werden, ist ferner der Vorteil geschaffen, dass ein
Lösen der Steckverbindung verhindert ist, also ein
Rückrutschschutz besteht.
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Der Aufnahmeöffnungsrand kann an den Stellen, die
im aufgesteckten Zustand an der Mantelfläche des
Vorsprungs anliegen, eine so große Kraft auf den
Vorsprung ausüben, dass an diesen, eine Anlagezone
bildenden Stellen des Vorsprungs eine plastische
Materialverformung erzeugt und somit die Anlagezone
als plastische Materialverformungszone ausgebildet
ist. Die Materialverformungszone kann durch Kerben
gebildet sein, die aufgrund eines "Einkrallens" der
Federlappen erzeugt werden. Mittels der plastischen
Materialverformungszone ist die Möglichkeit
gegeben, durch Ausbildung eines Formschlusses zwischen
Aufnahmeöffnung und Vorsprung ein Lösen
beziehungsweise Rückrutschen der Steckverbindung zu
vermeiden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den übrigen, in den
Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend in verschiedenen
Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kühlkörpers mit
einem Vorsprung und einem Federelement
vor der Montage des Federelements;
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Fig. 2 eine Seitenansicht des Kühlkörpers gemäß
Fig. 1 bei der Montage des
Federelements;
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Fig. 3 eine Seitenansicht des Kühlkörpers gemäß
Fig. 1 nach der Montage des
Federelements;
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Fig. 4 eine Seitenansicht des Kühlkörpers bei
der Montage des Federelements nach einem
anderen Ausführungsbeispiel;
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Fig. 5 eine Seitenansicht des Kühlkörpers gemäß
Fig. 4 nach der Montage des
Federelements;
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Fig. 6 eine dreidimensionale Ansicht des
Kühlkörpers vor der Montage des Federelements
nach einem weiteren Ausführungsbeispiel
und
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Fig. 7 eine dreidimensionale Ansicht des
Kühlkörpers gemäß Fig. 6 nach der Montage
des Federelements.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In Fig. 1 ist - in schematischer Darstellung - ein
Kühlkörper 1 mit einem Grundkörper 2 und einem
Federelement 3 vor der Montage des Federelements 3
gezeigt. Der Grundkörper 2 weist eine Aufnahme 4
für die Aufnahme eines elektronischen Bauelements 5
auf. Die Aufnahme 4 des Grundkörpers 2 enthält
einen Anschlag 6 zur Positionierung des Bauelements
5. Der Grundkörper 2 weist ferner einen Vorsprung 7
auf, der sich mit seiner Längsseite 8 in einem
Winkel von 90° beziehungsweise in einem Winkel von im
Wesentlichen 90° zu einer Oberseite 9 des
Grundkörpers 2 erstreckt. Das Federelement 3, das als
Blattfeder in Form einer Blechfeder ausgebildet
ist, weist - bezogen auf seine Längserstreckung -
einen ersten Endbereich 10 und einen zweiten
Endbereich 11 auf. Der erste Endbereich 10 enthält an
der dem Grundkörper 2 zugewandten Seite 12 eine
Kontaktstelle 13 für das elektronische
Bauelement 5.
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Die Kontaktstelle 13 ist in diesem
Ausführungsbeispiel als Vorsprungelement gegenüber der Seite 12
des Federelements 3 ausgebildet. Das
Vorsprungelement kann mittels eines Fügeverfahrens aus einer
Materialverformung des ersten Endbereichs 10
gebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass das
Vorsprungelement aus einem Schweiß- oder Lötpunkt oder
dergleichen gebildet ist.
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Der zweite Endbereich 11 weist eine Aufnahmeöffnung
14 für den Vorsprung 7 auf. Die Aufnahmeöffnung 14
ist als Durchgangsöffnung ausgebildet, wobei die
Seiten der Durchgangsöffnung zur Seite 12 des
Federelements 3 einen Winkel von 90° beziehungsweise
im Wesentlichen 90° einnehmen. Der Durchmesser 16
der Aufnahmeöffnung 14 ist in diesem
Ausführungsbeispiel größer als der Durchmesser 17 des
Vorsprungs 7 ausgebildet.
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Bei der Montage des Federelements 3 wird - wie in
Fig. 2 dargestellt - die Aufnahmeöffnung 14 auf den
Vorsprung 7 in Richtung des Pfeiles 18
aufgeschoben. Das Aufschieben ist in diesem
Ausführungsbeispiel in einfacher Weise möglich, da aufgrund des
größeren Durchmessers 16 der Aufnahmeöffnung 14gegenüber dem Durchmesser 17 des Vorsprungs 7 ein
Spiel 19 besteht, sofern das Federelement 3 beim
Aufschieben in einer zum Vorsprung 7 im
Wesentlichen rechtwinkligen Position gehalten wird.
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Wie in Fig. 3 dargestellt, kommt es im Zuge der
weiteren Aufsteckbewegung des Federelements 3 in
Richtung des Pfeiles 18 zur Anlage der
Kontaktstelle 13 auf der Oberseite 22 des Bauelements 5 und zu
einer Durchbiegung des Federelements 3 zwischen der
Kontaktstelle 13 und der Aufnahmeöffnung 14. Als
Folge der Durchbiegung kommt es ferner zu einer
Schrägstellung der Aufnahmeöffnung 14 gegenüber der
Längserstreckung 8 des Vorsprungs 7, so dass es
zumindest abschnittsweise, das heißt in wenigstens
einem Abschnitt zur Klemmanlage des Öffnungsrandes
23 der Aufnahmeöffnung 14 an die Mantelfläche des
Vorsprungs 7 kommt. Die Aufnahmeöffnung 14 und der
Vorsprung 8 sind in dieser Position des
Federelements 3 miteinander verspannt, wobei gleichzeitig
das Federelement über die Kontaktstelle 13 auf das
Bauelement 5 drückt und dieses in seiner Position
hält. Die Aufnahmeöffnung 14 und der Vorsprung 7
bilden also auf diese Weise eine Steckverbindung
15, die das Federelement 3 an dem Grundkörper 2
hält. Die Vorspannung in der Steckverbindung 15
resultiert dabei aus der Durchbiegung des
Federelements 3.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel des Kühlkörpers 1
ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Teile, die den
Teilen des Ausführungsbeispiels aus den
vorangegangenen Figuren entsprechen, sind mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Das Ausführungsbeispiel der
Fig. 4 und 5 unterscheidet sich von dem
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 dahingehend, dass
der Durchmesser 16 der Aufnahmeöffnung 14 vor der
Montage des Federelements 3 in Bezug auf wenigstens
einen Umfangsabschnitt kleiner als der Durchmesser
17 des Vorsprungs 7 ist. Ferner weist der Vorsprung
7 an seinem dem Grundkörper 2 abgewandten Ende 24
eine Auflaufschräge 26 auf, so dass der Durchmesser
17 des Vorsprungs 7 an der Stirnseite 27 des freien
Endes 24 kleiner ist als der Durchmesser 16 der
Aufnahmeöffnung 14.
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Das Federelement 3 wird - wie in Fig. 4
dargestellt - mit dem Öffnungsrand 23 der Aufnahmeöffnung
14 auf die Auflaufschräge 26 gesetzt. Im Zuge einer
Aufschubbewegung in Richtung des Pfeiles 18 wird
die Aufnahmeöffnung 14 unter Ausbildung einer
elastischen Verformung im Randbereich 28 der
Aufnahmeöffnung 14 und Aufweitung der Aufnahmeöffnung 14
über die Auflaufschräge 26 auf den Vorsprung 7
geschoben. Dabei wird die Aufnahmeöffnung 14 so weit
über den Vorsprung 7 geschoben, bis die
Kontaktstelle 13 mit dem Bauelement 5 in Berührungskontakt
kommt und eine derart große Durchbiegung des
Federelements 3 hervorgerufen ist, dass ein zum
Andrücken des Bauelements 5 an den Grundkörper 2
ausreichender Anpressdruck erzeugt ist, wie in Fig. 5
dargestellt ist. Durch die elastische Verformung
der Aufnahmeöffnung 14 in dem Umfangsabschnitt, der
vor der Montage des Federelements 3 kleiner war als
der Durchmesser 17 des Vorsprungs 7 ist im Zuge der
Aufsteckbewegung durch die elastische Verformung
eine Pressverbindung zwischen der Aufnahmeöffnung
14 und dem Vorsprung 7 gebildet worden, aus der in
diesem Ausführungsbeispiel die Vorspannung in der
Steckverbindung 15 im Wesentlichen resultiert. Es
ist damit eine Steckverbindung geschaffen, die das
Federelement 3 im das Bauelement 5 beaufschlagenden
Zustand durch einfachen Kraftschluss hält und die
aufgrund der Vorspannung gegen ein Lösen gesichert
ist, quasi also selbsthemmend wirkt.
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Im Zuge der Aufsteckbewegung kann es zusätzlich zu
den elastischen Verformungen an der Aufnahmeöffnung
14 auch zu Verformungen an der Mantelfläche 20 des
Vorsprungs 7 kommen. Bei hohen wirkenden
Verformungskräften kann diese Verformung neben einem
elastischen Anteil auch einen plastischen Anteil
aufweisen. Eine derartige plastische Verformung
kann aus einem Eindrücken des Öffnungsrandes 23 an
den an der Mantelfläche 20 des Vorsprungs 7
anliegenden Abschnitten resultieren. Sie kann aber auch
aus einer von dem Öffnungsrand 23 im Zuge der
Aufsteckbewegung am Vorsprung 7 hervorgerufenen
"Wulstbildung" entstanden sein.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen den Kühlkörper 1 in
einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei in Fig. 6
der Kühlkörper 1 vor der Montage des Federelements
3 und in Fig. 7 der Kühlkörper 1 nach der Montage
des Federelements 3 dargestellt ist. Teile, die den
Teilen der Ausführungsbeispiele aus den
vorangegangenen Fig. 1 bis 5 entsprechen, sind mit
gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der Vorsprung 7 ist als Kreiszylinderzapfen
ausgebildet und einstückig am Grundkörper 2 befestigt.
Der Grundkörper 2 weist zwei Aufnahmen 4 zur
Aufnahme von zwei Bauelementen 5 auf. Das Federelement
3 weist dementsprechend zwei Kontaktstellen 13 und
13' auf, so dass jedem Bauelement 5 eine
Kontaktstelle 13, 13' zuordenbar ist, wobei dem
Federelement auch mehr als zwei Bauelemente zugeordnet
werden können. Die Kontaktstellen 13, 13' bilden
jeweils ein Ende des Federelements 3, das in Bezug
auf seine Querachse 34 ein symmetrisch
ausgebildetes Bauteil ist.
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Das Federelement 3 weist ferner ein Mittelteil 29
auf, in dem sich die Aufnahmeöffnung 14 befindet.
Das Mittelteil 29 ist mit der jeweiligen
Kontaktstelle 13, 13' über ein Zwischenteil 30 und 30'
verbunden. Die jeweilige Kontaktstelle 13, 13' ist
dabei an dem jeweiligen Zwischenteil 30, 30' und
das jeweilige Zwischenteil 30, 30' wiederum am
Mittelteil 29 jeweils in einer vorgegebenen
Winkelstellung derart angeordnet ist, dass das
Federelement 3 in dem das Bauelement 5 beaufschlagenden
Zustand nur mittels der Kontaktstelle 13, 13' auf die
Oberseite 9 des Bauelements 5 drückt, wie in
Fig. 7 dargestellt ist.
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Die Aufnahmeöffnung 14, die in diesem
Ausführungsbeispiel einen kreisförmigen Querschnitt besitzt,
weist zur Ausbildung von Federlappen 31 im
Randbereich 28 mehrere Einschnitte 32 auf. Der
Durchmesser 16 der Aufnahmeöffnung 14 ist - wie bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 4 und 5 - vor der
Montage des Federelements 3 kleiner als der
Durchmesser des Kreiszylinderzapfens 33. Im Zuge der
Aufsteckbewegung werden die Federlappen 31 - der
Aufschubrichtung gemäß Pfeil 18 entgegen - radial
nach außen gebogen, so dass dadurch eine
selbsthemmende Steckverbindung geschaffen ist, das heißt,
dass ein selbsttätiges Lösen der Steckverbindung
aufgrund der verformten Federlappen "gehemmt" ist.
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Selbstverständlich ist es auch bei diesem
Ausführungsbeispiel möglich, dass - je nach Auslegung - die
Steckverbindung nicht nur kraftschlüssig, sondern
auch formschlüssig wirkt, beispielsweise indem die
Federlappen 31 in den Kreiszylinderzapfen 33 unter
Ausbildung von Kerben einkrallen, diesen also im
Einkrallbereich plastisch verformen.