Gehäuse-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 Gehäuse-Design sowie 3D-Konstruktion mit Nextra CAD bis hin zur Musterproduktion.
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 & Gehäuse
Insbesondere bei vielen modernen mechatronischen Geräten und Systemen ist eine möglichst hohe Integration zwischen Leistungs- und Steuerelektronik auf engem Raum wichtig. GED bietet einen innovativen und effizienten Konstruktionsservice für Gehäuse der Leistungselektronik, für Muster und Serien. Aktuelle 3D-CAD-Systemen und der Einsatz neuester Tools zur Verbindung zwischen eCAD und mCAD erlauben ein Concurrent Engineering, das schnelle und optimale Konstruktionsergebnisse erreicht. Mit dem GED-Technologiebaukasten für Hochstrom-Elektronik entstehen Gehäusekonzepte, die jeweils optimal abgestimmt sind auf die jeweiligen Leistungsklassen und die individuellen Anforderungen der Kunden. Dabei stehen verschiedene, auf Anwendung und Seriengröße abgestimmte Gehäusetechniken zur Wahl:
- Modifizierte, angepasste Standardgehäuse
- Aluminium-Fräsgehäuse
- Spritzguss-Aluminiumgehäuse
- Spritzguss-Kunstoffgehäuse
- Vergussgehäuse
1. Modifizierte, angepasste Standardgehäuse
GED Stromverteiler für Ströme > 100 A mit fertigungsoptimierter Aufbautechnik für die Steckverbinder. Basis des Gehäuses ist ein Alu-Stranggussprofil mit thermisch optimiertem Aufbau. Die MOSFETs in SMD-Bauform sind an der Hochstrom-Leiterplatte zur Entwärmung thermisch an das Aluprofil gekoppelt.
2. Aluminium-Fräsgehäuse
Hochwertiges, optisch ansprechendes Gehäuse für ein Automotive-Steuergerät der Leistungsklasse 3 x 200 Ampere , mit IP69-Abdichtung, in dreiteiliger Ausführung. Die Leistungsanschlüsse sind ebenfalls abgedichtet.
Das GED-Konzept 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.
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 muss berücksichtigt werden. Mit der Aluspritzgusstechnik lassen sich auch 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
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 dieser kompletten Geräteentwicklung 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 erfordern eine frühe Berücksichtigung der Formgebung in der Gehäusekonstruktion.
GED bietet einen umfassenden Konstruktionsservice, auf Wunsch auch inklusive Designentwurf. Muster können sehr schnell über Rapidprototyping-Verfahren wie Stereolithografie oder Vakuumguss hergestellt werden. So lassen sich - auch ohne teure Werkzeuge - Ansichtsmuster oder Versuchsmuster produzieren.