WO2002041677A2 - Kühlvorrichtung und verfahren zu deren herstellung sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Kühlvorrichtung und verfahren zu deren herstellung sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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Werner J. Graf
Erich Buck
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Corus Aluminium Profiltechnick Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a cooling device of the type mentioned in the preamble of claim 1, with which in particular electronic and electrical components are cooled, and to a method and a device for the production thereof.
  • Such cooling devices have a base plate, which are connected on one side in particular to the electrical or electronic components to be cooled and also other components in a thermally highly conductive manner, while in particular on the other surface of the base plate there are a number of longitudinal grooves or in the longitudinal direction Grooves. Cooling fins are embedded in the grooves at the foot ends, forming thermally highly conductive contact surfaces. As a result, the heat generated in the components is passed on to the cooling fins via the base plate and from there to the atmosphere for cooling due to the large total surface area of the cooling fins.
  • the cooling fins are in particular plate-like or as thin plates or lamellae.
  • cooling ribs which are U-shaped or meandering in cross-section, each with foot ends of the "U-profiles" in grooves, without Deform base plate material in the groove area.
  • the U-shaped cooling fins are either dovetail-shaped in cross section Grooves clamped or a wire-shaped piece of material is pressed between adjacent webs of the foot part of the U-shaped cooling fins, so that the material of this foot part of the U-shaped cooling fins is permanently deformed outwards and abuts against the side walls of the groove.
  • the invention is based on the object of improving a cooling device of the type mentioned at the outset with simple means such that, in particular, plate-shaped or plate-shaped cooling fins find a secure hold while ensuring the intended position, in particular in the normal direction to the surface of the base plate, and high extraction values can be achieved.
  • the cooling fins should not only be mechanically firmly connected to the base plate quickly and with little production and assembly effort. This should result in good heat transfer from the base plate to the cooling fins.
  • both the side walls of a groove delimiting material parts of the base plate are permanently deformed, but it is ensured that one side wall of each groove when inserting and fastening the The cooling fin in question remains undeformed and determines the mounting position of the cooling fin in question, while only material parts of the other side wall of the groove in question are so permanently deformed, in particular in the direction of the foot part of the cooling fin used, that the cooling fin is firmly anchored there and at the same time the largest possible contact area for forms a favorable heat transfer resistance.
  • the deformation tool does not have to be inserted into every space, but only into every second space between adjacent grooves and used for permanent deformation of base plate material.
  • the surface of the base plate, in which the grooves are located alternates between a surface which is undeformed and in particular flat when the cooling fins are mounted, and a permanently deformed and in particular concave surface which is pressed inward into the base plate. It has been shown that the invention achieves the above object despite the simplified installation option and therefore faster production.
  • the distance between the cooling fins in the area of the non-permanently deformed surfaces can be chosen to be smaller, since on the one hand no deformation tool attacks there and on the other hand the non-deformed side walls of the grooves adjust the alignment and define the position of the adjacent cooling fins better, so that the risk of adjacent cooling fins and one another poorer "ventilation" of the gaps between the cooling fins lying against one another is avoided.
  • the grooves in the still undeformed state of the side walls have a substantially asymmetrical cross-section which opens from the bottom of the groove towards the adjacent surfaces of the base plate at an opening angle ⁇ to the normal to the surface of the base plate in question.
  • this is a reversal of dovetail-shaped profiles with the special feature that each groove forms an angle of 90 ° at a transition point between the groove base and a side wall.
  • the width of the groove base should correspond to the nominal dimension of the foot end of the cooling fin in question.
  • the base plate should also consist of aluminum and is preferably made by extrusion; the grooves are also extruded.
  • the opening angle ß should be between 2 and 20 °.
  • connection surface is set back into the base plate in relation to the undeformed surfaces.
  • the connecting surface between deformed or deforming adjacent side walls with a likewise, in particular, groove-shaped depression which extends parallel to the longitudinal direction of the groove. This ensures that the deformation tool is attacked in a defined line in the longitudinal direction. Even more effective is the use of an embossing stamp, with which a series of, in particular, pyramid-shaped impressions or impressions can be produced in the base material between and parallel to the grooves.
  • the permanently deformable or deformable side walls in particular at the transition point to the connecting surface between such adjacent side walls, with a projection or profile web which is in particular rounded in cross section, which is embossed when the relevant base plate material is deformed in the direction of the other undeformed side wall onto the adjacent cooling fin surface or in particular into a longitudinal groove extending in the longitudinal direction in the foot region of the cooling fin.
  • the longitudinal groove should be at a distance from the front end of the cooling rib, with which it preferably lies on the groove base. This results in a real "clinging" between the cooling fin and the base plate.
  • the cross-section of the base plate between adjacent deformed or to be deformed end walls of adjacent grooves be constricted at a distance from the relevant connecting surface of these side walls to form weakening grooves.
  • rib-shaped, web-like or tab-shaped material parts of the base plate are formed between the relevant side wall and connecting surface, so that the deformation tool has to do less deformation work when these web-shaped parts are pressed outwards.
  • stamp-shaped stamping dies which should in particular have a pointed embossing cross-section on their deforming end faces, is recommended as deformation tools.
  • embossing rollers as a forming tool offers particular advantages. These embossing rollers are designed as thin disks and expediently provided with a convex embossing cross section on the outer circumference.
  • Embossing stamps or embossing rollers can be integrated into a common embossing or shaping tool to form several comb segment-like types.
  • an embossing die or an embossing roller engages in the space between adjacent cooling fins in the base plate surface, while the respectively adjacent interstices of embossing rollers or embossing dies remain free, in contrast to the prior art.
  • This design also differs from the likewise known metal profile production method according to EP 0 868 237 B1, in the case of the base plate material for both Sides of a profile leg part to be anchored in this are permanently deformed.
  • Figure 1 is a front view of a cooling device according to the invention in a schematic representation of the spaces between adjacent cooling fins;
  • FIG. 5 shows a front view schematically corresponding to FIG. 1 with FIG. 5a a corresponding perspective view of a cooling device according to the invention, in which an embossing stamp consisting of several stamp units is used;
  • Figures 6 and 6a corresponding representations when using embossing rollers for permanent deformation of base plate material parts
  • FIG. 7 shows a schematic cross section through a base plate of a cooling device according to the invention in the region of adjacent ribs and
  • Figure 8 with Figures 8a, 8b and 8c a preferred embossing stamp design and its embossing function.
  • a base plate made, in particular, of aluminum is extruded with a number of longitudinal grooves or longitudinally extending grooves (2), while the electronic and electrical components (4) to be cooled are located on the opposite side of the base plate (1). are located.
  • the cooling fins (3) made of aluminum sheet are anchored with their foot ends (3b) in the grooves (2) so that the surface parts of the base plate (1) between adjacent fins (3) each in the form of on the one hand undeformed surfaces (la) and on the other hand Alternate permanently deformed connecting surfaces (lb) between neighboring grooves.
  • the foot ends (3b) of the cooling fins (3) are inserted into the grooves (2) so that one side wall (2a) of each groove (2) extends in the normal direction N, that is forms an inclination angle of 90 ° to the flat surface (la) of the base plate (1) outside the groove.
  • the opposite side wall (2b) is inclined at an opening angle ⁇ of preferably 10-15 ° to the normal direction N.
  • a deformation tool (5) is pressed onto the connecting surface (lb) with the embossing surface (5a) with a cross-section, so that this connecting surface (lb) between the oblique side walls (2b) is permanently deformed and base plate material from the transition of the side walls (2b) to the connecting surface (lb) is pressed into longitudinal grooves (3a) of the cooling fins in question, without the base plate material being deformed on the opposite side wall (2a).
  • the side walls (2b) to be deformed or deformed have projections or profile webs (1c) at the transition points to the connection surface (lb), which are expediently rounded and when the deformation tool (5) engages with it here the cross-sectionally convex embossing surface (5b) is pressed onto the adjacent cooling fins (3) and in particular into the longitudinal grooves (3a) located there.
  • the straight and undeformed side walls (2a) form a continuous contact surface K between the base plate (1) and the cooling fin (3).
  • FIGS. 4 / 4a A further improvement results from the exemplary embodiment in FIGS. 4 / 4a.
  • the base plate material is constricted between adjacent deformed or to be deformed side walls (2b) by forming weakening grooves (ld).
  • the projections or profile webs (lc) which are web-like or lobe-shaped in cross-section are then not only permanently deformed downwards when the deformation tool (5) engages, but are also spread out to the side, which additionally achieves a clamping effect which favors the anchoring of the cooling fins.
  • a favorable ratio of the required travel distance to the deformation achieved is approximately 1: 2. In other words: 0.1 mm working stroke of the deformation tool (5) leads to approx. 0.2 mm deformation on both sides.
  • the middle embossing surface part (5b) of the shaping tool (5) which is convexly rounded in cross section, is guided in the longitudinal direction in particular through the groove-shaped depression (2d) shown in cross section in FIG. 7 in the connecting surface (lb).
  • FIGS. 5 / 5a the stamping technique shown in FIGS. 5 / 5a
  • FIGS. 6 / 6a Embossing roller technology shown is used.
  • a corresponding number of individual stamps or stamping rollers (these in the form of thin disks) are combined to form one stamping unit or one stamping roller unit, so that the permanent deformation of the relevant base plate parts in a single step according to FIG. 5a by moving the deformation tool (5 ) in the direction of the arrow and according to FIG. 6a by moving the rotating embossing roller tool (5) in the longitudinal direction L.
  • the plate-like or sword-like embossing dies (5) on the edge (5d) used for deforming parallel to the longitudinal direction of the grooves have tooth-like embossing elements (5e) which are pyramid-shaped and corresponding pyramid-shaped depressions (2e) in accordance with FIG. 8c impress the material of the base plate (1) between the grooves (2) used for the cooling fins (3).
  • tooth-like embossing elements (5e) which are pyramid-shaped and corresponding pyramid-shaped depressions (2e) in accordance with FIG. 8c impress the material of the base plate (1) between the grooves (2) used for the cooling fins (3).
  • a stack of embossing stamps provided with such embossing elements (5e) on the lower edge (5d) is used as deformation tools (5) and of plate-shaped elements without embossing tools on the lower edge so that this "embossing unit” comb-like between the in the grooves (2) of the base plate (1) already inserted cooling fins (3) engages.
  • this "embossing unit” By appropriate pressure of this "embossing unit” on the surface of the base plate (1) between the grooves (2) then on those surface parts on which the pyramid-shaped embossing elements (5e) are arranged, rows of pyramid-shaped depressions (2e) pressed or impressed. Base plate material is pressed apart in the direction of the arrow (FIG. 8c).
  • embossing dies offers a number of advantages: less embossing force can be used.
  • the base plate material is displaced on all sides.
  • the relatively short distance between the pyramid-shaped or tooth-like embossing elements (5e) reduces the longitudinal extent; this results in a higher lateral expansion and in turn a better embossing or mechanical anchoring of the cooling fins (3).
  • the embossing elements (5e) penetrate more easily into the base plate surface when the embossing stamps or embossing swords strike the surface of the base plate (1), as a result of which the shaping tool or the embossing sword is better fixed and secured against slipping sideways. This also makes it easier to compensate for profile tolerances.

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Abstract

Bei einer Kühlvorrichtung für insbesondere elektronische Bauelemente mit einer Grundplatte und mit in Nuten derselben verankerten kühlrippen ist jeweils nur eine Seitenwand (2b) jeder Nut (2) bleibend verformbar bzw. bleibend verformt, während die andere Seitenwand (2a) der betreffenden Nut (2) im wesentlichen unverformt bleibt und die definierte Lage der kühlrippen (3) garantiert.

Description

Kühlvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung, mit der insbesondere elektronische und elektrische Bauelemente gekühlt werden, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu deren Herstellung.
Derartige Kühlvorrichtungen weisen eine Grundplatte auf, die insbesondere an der einen Seite mit den zu kühlenden elektrischen oder elektronischen und auch anderen Bauelementen auf thermisch gut leitfähige Art verbunden sind, während sich insbesondere an der anderen Oberfläche der Grundplatte eine Anzahl von Längsrillen bzw. in Längsrichtung verlaufenden Nuten befinden. In die Nuten sind mit deren Fußenden Kühlrippen unter Bildung von thermisch gut leitfähigen Kontakt- flächen eingelassen. Hierdurch wird die in den Bauelementen entstehende Wärme über die Grundplatte zu den Kühlrippen und von diesen aufgrund der großen Gesamtoberfläche der Kühlrippen an die Atmosphäre zur Kühlung weitergeleitet. Die Kühlrippen sind insbesondere plattenartig bzw. als dünne Plättchen oder Lamellen ausgebildet. Dabei ist es bekannt (DE - 25 02 472 C2) , die Kühlrippen an ihren Längsseiten mit Querrippen zu versehen und so mit den Fußenden in die Nuten der Grundplatte einzupressen, daß die Kühlrippen dort nicht nur eine gute mechanische Verankerung, sondern auch eine große die Wärme übertragende Kontaktfläche finden. Die Kühlrippen stehen dabei in Normalrichtung von der Grundplatte ab, so daß auch die Querrillen in dieser Normal- richtung verlaufen. Dabei ist es auch bekannt, die Nuten in der Grundplatte mit sich in Längsrichtung erstreckenden Rillen zu versehen, wodurch ein besserer Widerstand gegen das Herausziehen von Kühlrippen aus den Nuten der Grundplatte gewährleistet würde.
Darüber hinaus ist es bekannt (DE - 35 18 310 C2) , die Kühlrippen an den Seitenflächen des Fußendes mit Längsrillen zu versehen und die gute mechanische Verankerung mit der Grundplatte auf folgende Weise zu verwirklichen: Nach dem Einsetzen der Kühlrippen in die Nuten wird zwischen alle benachbarten Kühlrippen jeweils ein Verformungswerkzeug in Form eines Prägestempels eingeführt. Die im Querschnitt spitze Prägefläche der Prägestempel dringt zwischen den eigentlichen Haltenuten für die Kühlrippen ein und spreizt das zwischen den Rippen befindliche Grundplattenmaterial so nach außen, daß es den Querschnitt der die Kühlrippen haltenden Nuten verkleinert .
Darüber hinaus ist es auch bekannt (EP - 0 696 160 A2 , EP 0 759 636 A2 und EP 0 902 469 A2) , im Querschnitt U-förmige oder meanderförmig gewendelte Kühlrippen mit jeweils Fußenden der "U-Profile" in Nuten einzusetzen, ohne Grundplattenmaterial im Nutenbereich zu verformen. Dabei werden die U-förmigen Kühlrippen entweder in im Querschnitt schwalbenschwanzförmige Nuten eingeklemmt oder wird jeweils ein drahtförmiges Materialstück zwischen benachbarte Stege des Fußteils der U- förmigen Kühlrippen eingepreßt, so daß sich Material dieses Fußteils der U-förmigen Kühlrippen nach außen bleibend verformt und an die Seitenwände der Nut anlegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kühlvorrichtung der eingangs genannten Gattung mit einfachen Mitteln dahingehend zu verbessern, daß insbesondere plattenförmige bzw. plättchenförmige Kühlrippen einen sicheren Halt unter Gewährleistung der vorgesehenen Position insbesondere in Normalrichtung zur Oberfläche der Grundplatte finden und hohe Auszugswerte erreichbar sind. Die Kühlrippen sollen auf einfache Weise nicht nur schnell und mit insgesamt wenig Produktions- und Montageaufwand mechanisch fest mit der Grundplatte verbunden sein. Dabei soll sich ein guter Wärmeübergang von der Grundplatte auf die Kühlrippen ergeben.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 hinsichtlich der Kühlvorrichtung, im Patentanspruch 11 hinsichtlich des Herstellungsverfahrens derselben und im Patentanspruch 16 hinsichtlich einer bevorzugten Vorrichtung zum Herstellen gekennzeichnet. In Unteransprüchen sind weitere Verbesserungen der Erfindung beansprucht und in der folgenden Figurenbeschreibung sind anhand der Zeichnungen besonders bevorzugte Ausbildungsformen der Erfindung erläutert .
Gemäß der Erfindung werden - im Unterschied zum Stand der Technik nach DE 35 18 310 C2 - nicht beide die Seitenwände jeweils einer Nut begrenzenden Materialteile der Grundplatte bleibend verformt, sondern wird dafür gesorgt, daß jeweils eine Seitenwand jeder Nut beim Einsetzen und Befestigen der betreffenden Kühlrippe unverformt bleibt und die Montagestellung der betreffenden Kühlrippe festlegt, während nur Materialteile der anderen Seitenwand der betreffenden Nut so bleibend insbesondere in Richtung auf den Fußteil der eingesetzten Kühlrippe verformt werden, daß die Kühlrippe dort fest verankert wird und sich gleichzeitig eine möglichst große Kontaktfläche für einen günstigen Wärmeübergangswiderstand bildet .
Bei der Anwendung dieser Maßnahme bei der Herstellung gemäß dem im Patentanspruch 10 beanspruchten Verfahren muß das Verformungswerkzeug nicht in jeden Zwischenraum, sondern nur in jeden zweiten Zwischenraum zwischen benachbarten Nuten eingeführt und zur bleibenden Verformung von Grundplattenmaterial angewendet werden.
Mit anderen Worten: Die Oberfläche der Grundplatte, in der sich die Nuten befinden, wechselt jeweils ab zwischen einer beim Montieren der Kühlrippen unverformten und insbesondere ebenen Oberfläche und einer bleibend verformten und insbesondere nach innen in die Grundplatte hineingedrückten konkaven Oberfläche. Es hat sich gezeigt, daß die Erfindung trotz vereinfachter Montagemöglichkeit und daher schnellerer Herstellung die oben genannte Aufgabe löst. Dabei bietet sich ein weiterer Vorteil an, welcher die Kühlwirkung der Kühlvorrichtung verbessern hilft: Der Abstand zwischen Kühlrippen im Bereich der nicht bleibend verformten Oberflächen kann geringer gewählt werden, da einerseits dort kein Verformungs- werkzeug angreift und andererseits die nicht verformten Seitenwände der Nuten die Ausrichtung und Lage der benachbarten Kühlrippen besser definieren, so daß die Gefahr eines sich Aneinanderanlegens benachbarter Kühlrippen und einer schlechteren "Belüftung" der Zwischenräume zwischen den sich aneinanderlegenden Kühlrippen vermieden wird.
Es empfiehlt sich, wenn die Nuten im noch unverformten Zustand der Seitenwände einen im wesentlichen unsymmetrischen Querschnitt aufweisen, der sich vom Nutengrund in Richtung zu den benachbarten Oberflächen der Grundplatte unter einem Öffnungswinkel ß zur Normalen auf die betreffende Oberfläche der Grundplatte öffnet. Dies ist gewissermaßen eine Umkehrung von schwalbenschwanzförmigen Profilen mit der Besonderheit, daß jede Nut an einer Übergangsstelle zwischen dem Nutengrund und einer Seitenwand einen Winkel von 90° bildet. Der Nutengrund sollte in der Breite dem Nennmaß des Fußendes der betreffenden Kühlrippe entsprechen.
Es empfiehlt sich, aus Aluminiumblech bestehende Kühlrippen zu verwenden.
Die Grundplatte sollte gleichfalls aus Aluminium bestehen und ist bevorzugt im Strangpressverfahren hergestellt; dabei sind die Nuten gleich mit stranggepreßt .
Der Öffnungswinkel ß sollte zwischen 2 und 20° betragen.
Darüber hinaus kann es sich empfehlen, wenn zwischen der Verbindungsfläche zwischen Nachbarnuten im Bereich der verformten bzw. zu verformenden Seitenwände einerseits und den Oberflächen zwischen benachbarten unverformten Seitenwände von Nachbarnuten ein Abstand A in Normalrichtung gebildet wird. Mit anderen Worten: Die Verbindungsfläche ist jeweils gegenüber den unverformten Oberflächen in die Grundplatte hinein zurückversetzt. Hierdurch wird der Hohlraum zwischen benach- barten Kühlrippen und dem bleibend verformten Grundplattenteil vergrößert und ein noch besserer Wärmeübergang von den Kühlrippen in die Umgebung erreicht .
Ferner empfiehlt es sich, die Verbindungsfläche zwischen verformten bzw. sich verformenden benachbarten Seitenwänden mit einer gleichfalls insbesondere rillenförmigen Vertiefung zu versehen, die sich parallel zur Nutenlängsrichtung erstreckt . Hierdurch wird der Angriff des Verformungswerkzeugs in einer definierten Linie in Längsrichtung garantiert. Noch wirksamer ist die Anwendung eines Prägestempels, mit dem eine Reihe insbesondere pyramidenförmiger Einpressungen bzw. Ein- prägungen in das Grundmaterial zwischen den und parallel zu den Nuten hergestellt werden kann.
Um die Verankerung, d. h. mechanische Befestigung der Kühlrippen in den Nuten zu verbessern, ist es zweckmäßig, die bleibend verformbaren bzw. zu verformenden Seitenwände insbesondere an der Übergangsstelle zur Verbindungsfläche zwischen solchen benachbarten Seitenwänden mit einem im Querschnitt insbesondere abgerundeten Vorsprung bzw. Profilsteg zu versehen, der beim Verformen des betreffenden Grundplattenmaterials in Richtung zur anderen unverformten Seitenwand an die benachbarte Kühlrippenfläche oder insbesondere in eine sich in Längsrichtung erstreckende Längsrille im Fußbereich der Kühlrippe hineingeprägt wird. Die Längsrille sollte sich im Abstand vom Stirnende der Kühlrippe befinden, mit dem diese bevorzugt am Nutengrund anliegt. Hierdurch findet eine regelrechte "Verklammerung" zwischen Kühlrippe und Grundplatte statt . Um das bleibende Verformen noch weiter zu erleichtern, empfiehlt es sich, wenn der Querschnitt der Grundplatte zwischen benachbarten verformten bzw. zu verformenden Stirnwänden von Nachbarnuten im Abstand von der betreffenden Verbindungsfläche dieser Seitenwände unter Bildung von Schwächungsrillen eingeschnürt ist. Hierdurch werden im Querschnitt rippen-, steg- oder lappenförmige Materialteile der Grundplatte zwischen der betreffenden Seitenwand und Verbindungsfläche gebildet, so daß das Verformungswerkzeug weniger Verformungsarbeit zu leisten hat, wenn diese stegförmigen Teile nach außen gedrückt werden.
Als Verformungswerkzeuge empfiehlt sich die Verwendung von insbesondere plattenförmigen Prägestempeln, die an deren verformenden Stirnenden insbesondere einen spitzen Prägequerschnitt aufweisen sollten.
Besondere Vorteile bietet die Anwendung von Prägerollen als Verformungswerkzeug. Diese Prägerollen sind als dünne Scheibchen ausgebildet und am Außenumfang zweckmäßigerweise mit einem konvexen Prägequerschnitt versehen.
Prägestempel bzw. Prägerollen können zu mehreren kammsegment- artig nebeneinander in ein gemeinsames Präge- bzw. Verformungswerkzeug integriert werden. Dabei greift jeweils ein Prägestempel bzw. eine Prägerolle in den Zwischenraum zwischen benachbarten Kühlrippen in die Grundplattenoberfläche ein, während die jeweils benachbarten Zwischenräume von Prägerollen bzw. Prägestempeln im Unterschied zum Stand der Technik frei bleiben. Diese Ausbildung unterscheidet sich auch von dem gleichfalls bekannten Metallprofil-Herstellungsverfahren nach der EP 0 868 237 Bl, bei der Grundplattenmaterial zu beiden Seiten eines in diesem zu verankerten Profilschenkelteils bleibend verformt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert, dabei zeigen:
Figur 1 eine Frontansicht auf eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung in sche atischer Darstellung der Zwischenräume zwischen benachbarten Kühlrippen;
Figur 2 mit der vergrößerten Figur 2a eine Ausbildung der Erfindung zu Beginn des bleibenden VerformungsVorgangs;
Figur 3 und 4 mit den vergrößerten Darstellungen von Figuren 3a und 4a weitere bevorzugte Ausbildungen;
Figur 5 eine der Figur 1 schematisch entsprechende Frontansicht mit Figur 5a einer entsprechend perspektivischen Ansicht auf eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung, bei der ein Prägestempel bestehend aus mehreren Stempeleinheiten verwendet wird;
Figuren 6 und 6a entsprechende Darstellungen bei Anwendung von Prägerollen zum bleibenden Verformen von Grundplattenmaterial- teilen
Figur 7 einen schematischen Querschnittteil durch eine Grundplatte einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung im Bereich benachbarter Rippen und
Figur 8 mit Figuren 8a, 8b und 8c eine bevorzugte Prägestempelausbildung und deren Prägefunktion. Gemäß Figur 1 ist eine Seite einer aus insbesondere Aluminium bestehenden Grundplatte mit einer Anzahl von Längsrillen bzw. sich in Längsrichtung hinziehenden Nuten (2) stranggepreßt, während sich an der entgegengesetzten Seite der Grundplatte (1) die zu kühlenden elektronischen und elektrischen Bauelemente (4) befinden. Die Kühlrippen (3) aus Aluminiumblech sind mit ihren Fußenden (3b) in die Nuten (2) so verankert, daß die Oberflächenteile der Grundplatte (1) zwischen benachbarten Rippen (3) jeweils in Form von einerseits unverformten Oberflächen (la) und andererseits von bleibend verformten Verbindungsflächen (lb) zwischen Nachbarnuten abwechseln.
Bei der Ausbildungsform von Figuren 2/2a sind die Fußenden (3b) der Kühlrippen (3) in die Nuten (2) so eingesetzt, daß sich jeweils eine Seitenwand (2a) jeder Nut (2) in der Normal- richtung N erstreckt, also einen Neigungswinkel von 90° zur ebenen Oberfläche (la) der Grundplatte (1) außerhalb der Nut bildet. Die entgegengesetzte Seitenwand (2b) ist dagegen unter einem Öffnungswinkel ß von bevorzugt 10 - 15° zur Normalrichtung N geneigt. Hierdurch sind die Kühlrippen (3) leicht in die Nuten (2) bis zum Nutengrund (2c) einführbar. Nach dem Einführen wird ein Verformungswerkzeug (5) jeweils auf die Verbindungsfläche (lb) mit der im Querschnitt spitzen Prägefläche (5a) gedrückt, so daß sich diese Verbindungsfläche (lb) zwischen den schrägen Seitenwänden (2b) bleibend verformt und Grundplattenmaterial vom Übergang der Seitenwände (2b) zur Verbindungsfläche (lb) in Längsrillen (3a) der betreffenden Kühlrippen eingedrückt wird, ohne daß sich Grundplattenmaterial an der entgegengesetzten Seitenwand (2a) verformt. Bei der Ausführungsform von Figuren 3/3a weisen die zu verformenden bzw. verformten Seitenwände (2b) an den Übergangsstellen zur Verbundungsfläche (lb) Vorsprünge bzw. Profilstege (1c) auf, die zweckmäßigerweise gerundet sind und beim Angriff des Verformungswerkzeugs (5) mit seiner hier im Querschnitt konvexen Prägefläche (5b) an die benachbarten Kühlrippen (3) und insbesondere in die dort befindlichen Längsrillen (3a) eingedrückt werden. Die geraden und unverformten Seitenwände (2a) bilden eine durchgehende Kontaktfläche K zwischen Grundplatte (1) und Kühlrippe (3) .
Eine noch weitere Verbesserung ergibt sich aus dem Ausführungsbeispiel von Figuren 4/4a. Hier wird das Grundplattenmaterial zwischen benachbarten verformten bzw. zu verformenden Seitenwänden (2b) durch Bildung von Schwächungsrillen (ld) eingeschnürt. Die im Querschnitt steg- bzw. lappenfδrmigen Vorsprünge bzw. Profilstege (lc) werden dann beim Angriff des Verformungswerkzeugs (5) nicht nur nach unten bleibend verformt, sondern auch zur Seite gespreizt, wodurch eine die Verankerung der Kühlrippen begünstigende Klemmwirkung zusätzlich erreicht wird. Durch Definition des "Knickpunktes" entsteht ein günstiges Verhältnis von erforderlichem Arbeitsweg zur erreichten Umformung von etwa 1:2. Mit anderen Worten: 0,1 mm Arbeitshub des Verformungswerkzeugs (5) führt zu ca. 0,2 mm Verformung nach beiden Seiten. Der mittlere im Querschnitt konvex gerundete Prägeflächenteil (5b) des Verformungswerkzeugs (5) wird dabei insbesondere durch die in Figur 7 im Querschnitt gezeigte rinnenförmige Vertiefung (2d) in der Verbindungsfläche (lb) in Längsrichtung geführt.
Dies ist besonders dann zweckmäßig, wenn anstelle der in Figuren 5/5a gezeigte Prägestempeltechnik die in Figuren 6/6a gezeigte Prägerollentechnik Anwendung findet . Bei beiden Techniken wird eine entsprechende Anzahl einzelner Prägestempel bzw. Prägerollen (diese in Form dünner Scheibchen) zu je einem Prägestempelaggregat bzw. einer Prägerolleneinheit vereint, so daß die bleibende Verformung der betreffenden Grundplattenteile in einem einzigen Arbeitsschritt gemäß Figur 5a durch Bewegen des Verformungswerkzeugs (5) in Pfeilrichtung und gemäß Figur 6a durch Bewegen des sich drehenden Präge- rollenwerkzeugs (5) in Längsrichtung L bewirkt. Dabei können sich zwischen den eigentlichen Prägerollen mit den im Querschnitt konvexen Prägeflächen (5b) weitere Distanzscheiben (5c) befinden, die jeweils benachbarte Prägerollen im definierten Abstand voneinander halten.
Gemäß Figur 8 weisen die platten- bzw. schwertartigen Prägestempel (5) an dem zum Verformen dienenden Rand (5d) parallel zur Nutenlängsrichtung hintereinander angeordnete zackenartige Prägeelemente (5e) auf, welche pyramidenförmig ausgebildet sind und gemäß Figur 8c entsprechende pyramidenförmige Vertiefungen (2e) in das Material der Grundplatte (1) zwischen den für die Kühlrippen (3) dienenden Nuten (2) einprägen. Gemäß Figur 8a ist dabei jeweils ein Stapel von mit solchen Prägeelementen (5e) am unteren Rand (5d) versehene Prägestempel als Verformungswerkzeuge (5) und von plattenförmigen Elementen ohne prägende Werkzeuge am unteren Rand so zusammengesetzt, daß diese „Prägeeinheit" kammartig zwischen die in die Nuten (2) der Grundplatte (1) bereits eingesteckten Kühlrippen (3) eingreift. Durch entsprechenden Druck dieser „Prägeeinheit" auf die Oberfläche der Grundplatte (1) zwischen den Nuten (2) werden dann an denjenigen Oberflächenteilen, an denen die pyramidenförmigen Prägeelemente (5e) angeordnet sind, jeweils Reihen von pyramidenförmigen Vertiefungen (2e) eingepreßt bzw. eingeprägt . Dabei wird Grundplattenmaterial in den Pfeilrichtungen (Figur 8c) auseinandergepreßt.
Diese bevorzugte Ausbildung von Prägestempeln bietet eine Reihe von Vorteilen: Es kann mit geringerer Prägekraft gearbeitet werden. Das Grundplattenmaterial wird nach allen Seiten verdrängt . Durch den verhältnismäßig kurzen Abstand der pyramidenförmigen bzw. zahnartigen Prägeelemente (5e) wird die Längsausdehnung reduziert; hieraus ergibt sich eine höhere seitliche Ausdehnung und dadurch wiederum eine bessere Verprägung bzw. mechanische Verankerung der Kühlrippen (3) . Außerdem dringen beim Auftreffen der Prägestempel bzw. Prägeschwerter auf die Oberfläche der Grundplatte (1) die Prägeelemente (5e) leichter in die Grundplattenoberfläche ein, wodurch das Verformungswerkzeug bzw. das Prägeschwert besser fixiert und vor seitlichem Abrutschen gesichert wird. Auch lassen sich Profiltoleranzen hierdurch besser ausgleichen.

Claims

Anspruchsfassung
1. Kühlvorrichtung für insbesondere elektronische Bauelemente, mit einer Grundplatte (1) , die an einer Seite mit einer Anzahl in Längsrichtung verlaufenden Nuten (2) bzw. Längsrillen versehen ist, mit plättchen- oder plattenartigen Kühlrippen
(3) , deren Fußenden (3b) unter Bildung von wärmeübertragenden Kontaktflächen mit Nutenwänden in die Nuten (2) eingesetzt sind, und bei der Teile der Seitenwände (2a, 2b) der Nuten (2) der Grundplatte (1) in Richtung zu insbesondere den Fußenden (3b) von Kühlrippen (3) bleibend verformt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nur jeweils eine Seitenwand (2b) der betreffenden Nut (2) bleibend verformbar bzw. verformt ist, während die andere Seitenwand (2a) der betreffenden Nut (2) im wesentlichen unverformt bleibt.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die unverformte bzw. unverformbare Seitenwand (2a) eine ebene, sich in Normalrichtung (N) auf die Oberfläche der Grundplatte (1) erstreckende Kontaktfläche (K) für die betreffende Kühlrippe (3) bildet.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Nut (2) im unverformten Zustand der Seitenwände (2a, 2b) einen im wesentlichen unsymmetrischen Querschnitt aufweist, der sich vom Nutengrund (2c) in Richtung zu den benachbarten Oberflächen (la) bzw. Verbindungsflächen (lb) der Grundplatte (1) unter einem Öffnungswinkel (ß) zur Normalen (N) öffnet.
4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Öffnungswinkel (ß) zwischen 2° und 20° beträgt.
5. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die bleibend zu verformende bzw. verformte Seitenwände (2b) benachbarter Nuten (2) verbindende Verbindungsfläche (lb) an der Grundplattenoberfläche gegenüber der unverformten Oberfläche (la) der Grundplatte (1) zwischen nicht verformten Seitenwänden (2a) benachbarter Nuten (2) um einen Abstand (A) zurückversetzt ist.
6. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die bleibend verformte bzw. verformbare Seitenwände (2b) verbindende Verbindungsfläche (lb) zwischen benachbarten Nuten (2) eine Vertiefung (2d) oder eine Reihe von Vertiefungen aufweist, die sich parallel zur Nutenlängsrichtung erstreckt.
7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 6 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vertiefungen (2d) der Reihe von Vertiefungen als pyramidenförmige Einpressungen in das Material der Grundplatte (1) ausgebildet sind.
8. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die bleibend verformbaren bzw. zu verformenden Seitenwände (2b) insbesondere an den Übergangsstellen zur Verbindungs- flache (lb) einen im Querschnitt insbesondere abgerundeten Vorsprung bzw. Profilsteg (lc) aufweist, der in Richtung zur anderen, unverformten bzw. unverformbaren Seitenwand (2c) der betreffenden Nut (2) weist.
9. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kühlrippen (3) je mindestens eine sich in Längsrichtung erstreckende Längsrille (3a) im Abstand von Stirnenden aufweisen, mit dem sie am Nutengrund (2c) bevorzugt anliegen.
10. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c hne t , daß der Querschnitt der Grundplatte (1) zwischen benachbarten verformbaren bzw. zu verformenden Seitenwänden (2b) von benachbarten Nuten (2) im Abstand von der Verbindungsfläche (lb) unter Bildung von Schwächungsrillen (ld) eingeschnürt ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die Kühlrippen (3) in die Nuten (2) eingesetzt und Nutenwandmatrial der Grundplatte (1) durch ein an der Grundplattenoberfläche (lb) zwischen Nuten (2) angreifendes Verformungswerkzeug bleibend verformt wird, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verformungswerkzeug (5) nur in jeden zweiten Zwischenraum zwischen benachbarten Nuten (2) in die Verbindungsfläche (lb) eingedrückt bzw. eingepreßt wird, die sich zwischen benachbarten zu verformenden Seitenwänden (2b) der Nuten (2) befindet .
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Prägestempel als Verformungswerkzeuge verwendet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Prägerollen als Verformungswerkzeuge verwendet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Prägerollen angewendet werden, die am Außenumfang einen konvexen Prägequerschnitt (5b) aufweisen.
15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Prägestempel bzw. Prägerollen angewendet werden, die einen spitzen Prägequerschnitt aufweisen.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der zum Verformen dienende Rand (5d) des schwertartigen Prägestempels mit spitzen, insbesondere pyramidenförmigen Prägeelementen (5e) versehen ist.
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