Konstruktionsservice für Hochstromgeräte

Moderne Hochstromkonzepte erfordern eine Konstruktion, die zwischen Mechanik, Elektronik, Wärmeabfuhr und Anschlusstechnik jeweils optimal abgestimmt ist. Der GED Konstruktionsservice bietet hochmodernes Prototypen- und Gehäusedesign sowie 3D-Konstruktion mit Nextra CAD bis hin zur Musterproduktion.GED_Kreisgrafik


Hohe Integration, enge Abstimmung zwischen Funktion und Konstruktion

Die Entwicklung und Konstruktion eines optimalen Gehäusekonzeptes für moderne Leistungselektronik verlangt eine enge, möglichst parallele Abstimmung mit den gewünschten Funktionen und daraus resultierenden Aufgabenstellungen wie:

  • Träger für Leistungsbauteile, insbesondere SMD
  • Anschluss- und Leitungsverteilung der Leistungspfade
  • Abführen von Wärme der Leistungsbauteile
  • Leistungsanschlüsse nach außen
  • Mechanischer Aufbau, Packaging und Gehäuse

Insbesondere bei vielen modernen mechatronischen Geräten und Systemen ist eine möglichst hohe Integration von Leistungs- und Steuerelektronik auf engem Raum wichtig. GED bietet einen innovativen und effizienten Konstruktionsservice für Leistungselektronik-Gehäuse, für Muster und Serien. Aktuelle 3D-CAD-Systeme und der Einsatz neuester Tools zur Verbindung zwischen e-CAD und m-CAD erlauben ein Concurrent Engineering, das schnelle und optimale Konstruktionsergebnisse erreicht. Mit dem GED-Technologiebaukasten für Hochstromelektronik entstehen Gehäusekonzepte, die optimal abgestimmt sind auf die jeweiligen Leistungsklassen und die individuellen Anforderungen der Kunden. Dabei stehen verschiedene, auf Anwendung und Seriengröße zugeschnittene Gehäusetechniken zur Wahl:

  1. Modifizierte, angepasste Standardgehäuse
  2. Aluminium-Fräsgehäuse
  3. Spritzguss-Aluminiumgehäuse
  4. Spritzguss-Kunstoffgehäuse
  5. Vergussgehäuse

1. Modifizierte, angepasste Standardgehäuse

Der GED Stromverteiler für Ströme > 100 A mit Aufbautechnik für die Steckverbinder: Basis des Gehäuses ist ein Alu-Stranggussprofil mit thermisch optimiertem Aufbau. Die MOSFETs in SMD-Bauform sind an der Hochstromleiterplatte zur Entwärmung thermisch an das Aluprofil gekoppelt.


2. Aluminium-Fräsgehäuse

Die GED Konstruktion des Gehäuseaufbaus der 100-Watt-Klasse basiert auf einem ausgeklügelten Konzept zur Anbindung der Hochstromleiterplatte. Sie ist mit einer Spezialfolie elektrisch zum Gehäuse isoliert, jedoch thermisch hochleitend mit 5 W/mK angebunden. Besonders bei Geräten der Leitungselektronik ist die Konstruktion der Verlustwärme-Ableitung ein elementarer, funktionaler Faktor. Dank neuer Hochstrom-Konzepte und modernster Materialien lassen sich ganz neue Lösungen realisieren.

Mit der thermischen Simulation kann das thermische Gesamtkonzept frühzeitig untersucht werden. Dadurch entfallen teure und zeitaufwendige Design-Iterationen. Bauteil- und Boardebene lassen sich ebenso untersuchen wie das Gehäuse inklusive unterschiedlicher Luftströmungen und Einbausituationen. Der Wärmepfad von der Quelle zur Senke ist an jeder Übergangsstelle so gering wie möglich zu halten, in der Regel vom Bauteil zum Gehäuse, vom Kühlkörper zur Umwelt.

Bauteil3 Bauteil2 Bauteil

Die Anschlusstechnik für Hochstrom-Anwendungen ist ebenfalls wichtiger Bestandteil des Gesamtkonzeptes. Sie beeinflusst maßgeblich Preis, Funktion und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Mit neuen Leiterplattenkonzepten und neuen Hochstrombauteilen löst GED diese Aufgabe für unterschiedlichste Anwendungen.


3. Spritzguss-Aluminiumgehäuse

Eine preisgünstige Gehäusevariante für einfache Formen und wenn keine besonderen Ansprüche an das optische Aussehen gestellt werden: Diese Gehäuseart eignet sich besonders für größere Serienstückzahlen. Die eingeschränkte Formgebung ist zu berücksichtigen. Mit der Aluspritzgusstechnik lassen sich interessante mechatronische Lösungen umsetzen, die hohe Anforderungen an Stabilität und Temperaturfestigkeit haben. Die thermische Leitfähigkeit ist allerdings geringer als bei den gefrästen Alugehäusen. Nachträgliche Oberflächenbearbeitung und Lackierung sind möglich.


4. Spritzguss-Kunststoffgehäuse – Energy Management Box

    Die EM-box - eine Eigenentwicklung von GED

Die EM-box – eine Eigenentwicklung von GED

Es handelt sich um einen Batterie-Ladestromverteiler, der bis zu drei unterschiedliche Batterien optimal lädt und Eingangsströme und Verbraucherströme bis 200 A präzise misst und entsprechend regelt. Das Gerät wird auch in Seewasserumgebung eingesetzt. Bei der Eigenentwicklung des Geräts von GED wurden alle Faktoren optimal aufeinander abgestimmt:

  • Ergonomische Designgestaltung
  • Maximale Funktionalität, hoher Integrationsgrad
  • Leistungselektronik mit Shunt, MOSFETs und Relais
  • Optimierte Anschlusstechnik mit reduzierten Übergangswiderständen
  • Integrierte µC-Logic mit CAN-Schnittstelle
  • Robustes Gehäuse mit Entwärmungskonzept, Schutzklasse IP 67
  • Fertigungsgerechte Umsetzung

5. Vergussgehäuse

Bei Vergusskonzepten lassen sich gleich mehrere Vorteile umsetzen:

  • Schutz vor Berührung und Feuchtigkeit
  • Mechanischer Schutz der Bauteile, hoher Vibrationsschutz
  • Gute thermische Kopplung der Bauteile
  • Sehr gute elektrische Isolation

Zwei grundsätzliche Möglichkeiten bestehen: Bei einfachen Gehäuseformen bildet der Verguss bereits das Gehäuse. Bei höheren Anforderungen kann eine einfache Gehäuseform vergossen werden. Die vielen unterschiedlichen Vergussmaterialien mit ihren teils besonderen Eigenschaften und ihre Formgebung sind schon früh in der Gehäusekonstruktion zu berücksichtigen.

GED bietet einen umfassenden Konstruktionsservice, auf Wunsch inklusive Designentwurf. Muster können sehr schnell über Rapid-Prototyping-Verfahren wie Stereolithografie oder Vakuumguss hergestellt werden. So lassen sich ohne teure Werkzeuge Ansichtsmuster oder Versuchsmuster produzieren.

Ihr direkter Kontakt zu uns

Telefon: +49 (0) 2247 9219-0.

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Hochstromkonzepte auf Dickkupfer-Leiterplatten

  • Kombination von Leistungselektronik und Steuerungselektronik auf „einer Leiterplatte“
  • Optimale thermische und elektrische Anbindung, für neue SMD-Leistungsbauteile,
  • Geringere Leitungswiderstände = weniger Wärmeentwicklung im Leiter
  • Niedrige Schaltverluste
  • Integration der Kühlfunktion möglich
  • Miniaturisierung = reduzierte Baugröße
  • Mehr Funktionalität im Hochstromteil
  • Systemkostenreduzierung