Worauf es bei der Kühlung von Netzteilen ankommt

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Schraubbare, aufspreizbare oder steckbare Klammern

Das bei inpotron integrierte System dieser Befestigungslösung deckt den Großteil der Anforderung ab. Das System erlaubt eine schnelle Verfügbarkeit qualifizierter Technologien. Die Unterscheidung lässt sich mit zweierlei Grundtypen beschreiben: schraubbare sowie aufspreizbare bzw. steckbare Befestigungsklammern. Schraubbare Klammern werden mittels Befestigungsschrauben oder Bolzen befestigt. Die Schraub- bzw. Nietverbindungen stellen gegenüber Klammerlösungen einen erhöhten Aufwand dar. Aufspreizbare Klammern werden lediglich aufgesteckt.

Einfache und schnelle Montage mittels Sonderwerkzeug

Diese einfache und sehr schnelle Montage wird mittels Sonderwerkzeug durchgeführt. Die Formgebung der Klammer garantiert das Verbleiben der Klammer in der richtigen Position. Eigene Klammerentwicklungen bieten für inpotron eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten, die bedarfsbezogen Verwendung finden. In Sonderfällen werden Bauteile auch direkt an den Kühlkörper befestigt. Mit Hilfe einer mechanisch integrierten Schraubensicherung wird die Haltbarkeit der Verbindung garantiert. Isolatoren garantieren die elektrische Sicherheit, wo immer dies benötigt wird.

Die Montagefreundlichkeit der Netzteilbaugruppe ist maßgeblich für eine effiziente und damit wirtschaftliche Produktion. Hier gilt weniger ist oft mehr. Die meisten Kühlkörper sind so konzipiert, dass sie ohne zusätzliche Montageelemente wie Schrauben montiert werden können. Erreicht wird dies mittels eingepresster Einlöthilfe, sodass der Kühlkörper direkt auf der Lötwelle mit der Leiterplatte verbunden wird. Vorteil aufgelöteter Kühlkörper ist außerdem, dass diese elektrisch mit der Elektronik, insbesondere ruhendem Potential verbunden sind. Abschirmeffekte zur EMV-Minimierung erfreuen zudem den Elektronikentwickler.

Vormontierte Kühlkörper optimieren die Produktion

In einer optimierten Produktion werden zur Montagefreundlichkeit Kühlkörper-Applikationen vormontiert. Das heißt, das Kühlmedium wird gegebenenfalls mit der Thermo-Isolierfolie beklebt, anschließend werden die elektronischen Bauteile mittels der Befestigungslösungen angebracht. Diese Arbeit erfolgt an gesonderten Arbeitsplätzen. Vormontierte Kühlkörper-Baugruppen fließen anschließend in den Produktionsprozess ein. Eine besondere Herausforderung ist das Design der Kühlkörper mit dem Ziel den zur Verfügung stehenden Bauraum bestmöglich zu nutzen. Hierzu werden Kühlkörper optimal geformt und jede Lücke zwischen den elektrischen Bauteilen genutzt. Die thermische Konvektion gilt es dabei stets zu berücksichtigen, ebenso die elektrische Sicherheit. Die Einbaulage des Netzteils ist hier ebenfalls von wichtiger Bedeutung damit die erwärmte Luft bestmöglich von dem Kühlkörper abfließen kann. Somit wird ein Wärmestau vermieden.

Es finden zunehmend auch diskrete Lösungen Anwendung. Diskret heißt, man verwendet Montageplatten, Front- und Rückwände von Gehäusen, Gehäusedeckel und auch Kunststoffgehäuse um die Wärme abzuführen. Dabei werden die warmen elektrischen Bauteile entweder direkt an den Gehäuseteilen befestigt oder man verwendet zusätzliche Montagelemente wie Wärmeleitbleche. Diese werden mit dem Gehäuse verschraubt oder mit Hilfe einer geeigneten Konstruktion an eine Fläche des Gehäuses gedrückt. So erzielt man Kühllösungen ohne einen Kühlkörper im eigentlichen Sinne auf der Leiterplatte zu platzieren.

Die Entwicklung – von der Idee zur Serie

Am Anfang jeder Netzteilentwicklung steht die Anforderung des Kunden. Nach der Konzeptionierung der Elektronik werden die ersten Mechanikdaten mittels 3D-CAD Software erstellt. Hier fließen Berechnungen und Erfahrungswerte aus den internen design-rules ein. Nach Abschluss der Konstruktion werden bei Musterlieferanten zügig Versuchsmuster im CNC-Verfahren hergestellt. Mit diesen werden die ersten Prototypen gebaut und verifiziert. Dazu gehört die ausgiebige Klimamessung welche die berechneten und simulierten Werte bestätigt. Nach Optimierungen kann je nach Komplexität des Netzteils die Beauftragung der Serienwerkzeuge für den Kühlkörper erfolgen.

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* Marc Erdmann ist Ingenieur für Konstruktion und Entwicklung bei inpotron Schaltnetzteile GmbH in Hilzingen.

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