Entwicklung eines hochproduktiven Anlagensystems zur Herstellung von effizienten Kühlkörpern für die Elektrotechnik mittels Atomic Surface Connection (ASC)

Jedes Gerät, das elektrisch betrieben wird, gibt ungewollt Verlustwärme ab. Aus diesem Grund benötigen alle Geräte und Anlagen, vom Laptop bis zur hochkomplizierten Produktionseinheit, Kühlsysteme. Durch die rasante Entwicklung der Technik wächst der Anspruch, die Komplexität und die enorme Belastung, die solche Systeme aushalten müssen auf ein Vielfaches. Um die abgegebene Wärme aufzufangen und gezielt abzuführen werden bislang, neben der herkömmlichen Luftkühlung auch wassergekühlte Montageplatten, sogenannte Kühlplatten (engl. coldplates), eingesetzt. Dabei werden in eine Aluminiumgrundplatte Kühlschlangen aus Kupferrohren zur Flüssigkeitskühlung eingepresst, die eine konstante Be-triebstemperatur einstellen. Bei der Herstellung dieser Kühlplatten kommt es beim Einpressen der Kühlschlangen oder den Nähten der laserstrahlgeschweißten Kühlschlangen zu Undichtigkeiten, die zu Störungen im Betrieb führen. Zudem stoßen die konventionellen Platten durch die steigenden Produktanforderungen an ihre kühltechnischen Leistungsgrenzen.

Im Forschungsprojekt ASC wurde eine innovative Prozesskette zur industriellen Herstellung neuartiger, großflächiger und leckagefreier Kühlplatten entwickelt und erprobt. Die Innovation des Projekts besteht in dem entwickeltem flächigem Schweißverfahren, der sogenannten Atomic Surface Connection (ASC).
Dazu wird unter zu ermittelnden Druck- und Temperaturparametern ein Kühlkörper mit mehreren übereinandergelegten Platten unter makroskopisch atmosphärischen Bedingungen vollflächig und ohne Zusatz von Bindemitteln verschweißt. Insbesondere wurde auf die Bestückung der Anlage mit mehreren Kühlplatten in einem Durchgang Wert gelegt. Aufbauend auf den theoretisch und empirisch ermittelten Anlageparametern des Prototyps konnte ein Industrieanlagenkonzept entwickelt werden, welches zur Produktionsreife geführt werden soll. Darüber hinaus runden patentrechtliche Recherchen, Marktanalysen und Optimierung der Verfahrensparameter am Versuchsstand das Forschungsprojekt ab.

Das ASC-Verfahren bietet die Möglichkeit, eine dichte, druckfeste Verbindung zwischen gestapelten Aluminiumplatten zu einer integrierten Kühlplatte zu erzielen. Die Kühlverläufe können in Bereiche hoher Transport- und Fließgeschwindigkeit, aber auch in Segmenten zum Aufnehmen großer Wärmemengen flexibel gestaltet werden. Die neuen, großflächigen Kühlplatten können nach erfolgreicher Erprobung, z. B. in Windkraftanlagen oder in Medizingeräten zum Einsatz kommen.

• Voigt Systemtechnik GmbH