Was ist genau eine Kühlplatte?
Eine Kühlplatte ist eine Vorrichtung zum Kühlen von elektronischen Geräten. Sie besteht aus einem Gehäuse, in das ein Kanal eingearbeitet ist, durch den die Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser) fließen kann, und einem Deckel, der diesen Kanal abdeckt. Der Deckel wird durch Rührreibschweißen mit dem Gehäuse verbunden.
Meistens bestehen diese Kühlplatten aus Aluminium, aber sie können auch aus Kupfer sein. Der Vorteil dieser beiden Materialien: ihre hohe Wärmeleitfähigkeit.
Kühlplattengehäuse
Kühlplattenabdeckung
Gehäuse und Abdeckung
FSW-geschweißte Kühlplatte
Kühlplatte und Wärmemanagement
Kühlplatten werden in kleinen Serien in Branchen hergestellt, in denen ein perfektes Wärmemanagement der Ausrüstung von entscheidender Bedeutung ist: Bahn, Windkraft, Solarenergie, Raumfahrt, Luftfahrt, Rechenzentren, Militär.
Die Herausforderungen des Wärmemanagements
Kosten- und Massenreduktion
Eine bessere Integration der Komponenten, eine höhere Wärmestromdichte (W/m²) und die Verwendung von leichten Materialien (wie Aluminium) sind erforderlich
Mechanische Belastungen
Die Planheit der Kühlplatte muss optimal sein, um einen perfekten Kontakt mit dem elektronischen Gerät zu gewährleisten.
Geringer Druckverlust
Der Druckverlust hat einen direkten Einfluss auf die Energieeffizienz von Systemen (Verbrauch von Pumpen).
Qualität, Sicherheit und Lagerung von Kühlmittel
Eine hohe Kompatibilität zwischen den Materialien und dem Kühlmittel ist von entscheidender Bedeutung.
FSW-Flüssigkühlplatte: Die Antwort auf die Herausfor-derungen des Wärmemanage-ments
LESEN
FSW : eine Schweißtechnik mit vielen Vorteilen für das Schweißen von Kühlplatten
Geringe Kosten
Ersatz für Vakuumlöten oder EBW (electron beam welding).
Höhere Druckfestigkeit
Bis zu 300 bar.
Perfekte Abdichtung
Keine Porosität.
Ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit
Metallurgische Verbindung.
Einfache Handhabung
Im Vergleich zum Vakuum- oder EBW-Löten.
Vergleich der Löttechniken für eine Kühlplatte
Vorteile von FSW im Vergleich zu anderen bestehenden Techniken zur Herstellung von Kühlplatten
FSW vs. Kupferrohr
Bei FSW ist das Schweißen des Rohrs und des Steckerendes nicht erforderlich. Die Enden der Verbinder werden direkt in das Gehäuse eingearbeitet.
Die Beschichtung mit Epoxid + der Pressvorgang zum Trocknen des Epoxids sind bei der Verwendung des FSW nicht erforderlich.
FSW vs. Tiefbohren
Erlaubt keine große Gestaltungsfreiheit in Bezug auf die Kühlfläche: Die Wege der Flüssigkeit sind nur gerade Linien.
Bei Kühlplatten mit einer Länge von mehr als 500 mm wird das Tiefbohren sehr schwierig.
Fugen sind Bereiche, die sehr anfällig für Lecks sind.
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Kosten für FSW-geschweißte Kühlplatten
Das Rührreibschweißen ist in Bezug auf die Betriebskosten (Maschineninvestition und Lieferung des Deckels) im Vergleich zum EBW oder Vakuumlöten die kostengünstigste Technik.
Durch die Wahl des Stirweld FSW-Kopfes werden die Investitionskosten drastisch gesenkt, und die Konstruktion des Deckels muss nicht extrem präzise sein. Daher kann der Deckel durch Laserschneiden hergestellt werden, was die Kosten im Vergleich zu bearbeiteten Deckeln, die für das Elektronenstrahlschweißen verwendet werden, erheblich senkt.
Auch die Kosten für die Qualitätskontrolle werden durch das FSW reduziert. Beim Rührreibschweißen sind diese Kosten minimal, weil :
- Es besteht keine Gefahr, dass der Kanal verklebt oder einbricht (der Hauptfehler beim Vakuumlöten),
- Es ist ein Festkörperschweißverfahren: keine Porosität (Hauptfehler des Elektronenstrahlschweißens),
- Es besteht kein Risiko, dass im Betrieb Kühlmittel ausläuft, das mit einer möglichen Rissausbreitung durch zyklischen Ermüdungsdruck verbunden ist..
Es gibt zwei wesentliche Gründe, warum wir uns für das Rührreibschweißen entschieden haben. Erstens ermöglicht es uns, die Montagearbeiten zwischen dem Gehäuse und der Abdeckung, die den Kühlkörper bilden, sicher durchzuführen. Zweitens wollten wir eine einfachere Technologie verwenden und den Vorgang zuverlässiger gestalten.
Die FSW-Technologie ermöglicht nicht nur eine Vereinfachung des industriellen Prozesses, sondern ist auch sicherer und kann zu erheblichen Kostensenkungen führen.
Video-Testimonial :
Konstruktion einer rührreibgeschweißten Kühlplatte
Konstruktion des Deckels einer Kühlplatte
Die Abmessungen des Deckels der Kühlplatte sind einer der Parameter, die den Schweißvorgang, aber auch die mechanische Festigkeit der geschweißten Platte beeinflussen. Es gibt zwei Möglichkeiten, die Druckfestigkeit des Werkstücks zu erhöhen: die Dicke des Deckels zu erhöhen oder ihre Breite zu verringern.
FSW-Schweißparameter
Für ein effizientes und qualitativ hochwertiges Rührreibschweißen Ihrer Kühlplatte müssen mehrere beachtet werden:
- Die Dicke und Breite des Deckels,
- Die Definition der Vorrichtungsbahnen
- Die Definition der Totzone (Austrittsbereich der FSW-Vorrichtung).
Qualitätskontrolle einer rührreibgeschweißten Kühlplatte
DRUCKTEST
Einleiten von Wasser unter Druck in den Kanal der Kühlplatte, um die Berstfestigkeit des Deckels zu messen.
TEST AUF DICHTIGKEIT
Dies ist der wichtigste Test, um die Qualität der geschweißten Kühplatte zu überprüfen.
WÄRMEMANAGEMENT
Experimentelle Charakterisierung des Wärmewiderstands und des Druckverlusts der Kühlplatte.
VISUELLER TEST
Das Vorhandensein eines übermäßigen Abbrands (ein sehr häufiger FSW-Fehler) erkennen; prüfen, ob die Kraft, die von der Schulter auf die Oberfläche des Teils ausgeübt wurde, hoch genug war.
Rührreibschweissen einer bearbeiteten kühlplatte
Unterschiede zwischen FSW und Vakuumlöten
VORTEILE UND GRENZEN DES RÜHRREIBSCHWEISSENS: AUSWIRKUNGEN AUF DAS DESIGN UND DEN HERSTELLUNGSPROZESS EINER BEARBEITETEN KÜHLPLATTE
VERGLEICH ZWISCHEN FSW UND VAKUUMLÖTEN: AUSWIRKUNGEN AUF KOSTEN UND SICHERHEIT
FSW Know-How – Stirweld
Mit seinem Rührreibschweißen-Expertenteam begleitet Stirweld Sie durch den gesamten Prozess des Schweißens Ihrer Kühlplatten. Sie können sich auf die Konstruktionsabteilung von Stirweld verlassen, um die folgenden Schritte durchzuführen:
- Die Konstruktion Ihrer Kühlplatte,
- Die Konstruktion und die Herstellung Ihrer Vorrichtung,
- Die Definition Ihrer Schweißparameter und die Qualitätskontrolle,
- Die Herstellung der ersten Chargen.
Stirweld wendet die Norm ISO 25239 – Friction Stir Welding während des gesamten industriellen Prozesses an: Design der Schweißnaht, Qualifikation des Schweißers, Spezifikation und Qualifikation der Schweißverfahren, Inspektion & Qualitätsanforderungen.
Unsere Referenzen
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