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Die
Erfindung betrifft einen Kühlkörper, insbesondere
ein Kühlkörper-Gehäuse zum
Kühlen elektronischer
Bauteile, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem ersten
deckelförmigen
Element, das einen äußeren umlaufenden
Rand aufweist, der weniger dick ist als der umschlossene Bereich,
so dass eine umlaufende Stufe ausgebildet wird, einem zweiten topfförmigen Element,
wobei das erste und das zweite Element zusammen ein dichtes Gehäuse mit
einer Längsachse
bilden, und einer Vielzahl von der Kühlung dienenden Stiften, die
an dem deckel- und/oder topfförmigen
Element vorgesehen sind und parallel zur Längsachse verlaufen. Die Erfindung
betrifft darüber
hinaus auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kühlkörper-Vorrichtung.
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Das
vorgenannte Kühlkörper-Gehäuse wird beispielsweise
dazu eingesetzt, elektronische Bauteile im Kraftfahrzeug zu kühlen. Die
zu kühlenden Bauelemente
werden hierfür
auf dem Boden des topfförmigen
Elements angebracht, bspw. durch Schrauben oder Klemmen. Die im
elektronischen Bauteil entstehende Wärme kann somit über die
Bodenplatte an die auf der gegenüber liegenden
Seite vorgesehenen Stifte abgeführt
werden. Diese Stifte werden üblicherweise
im Wege eines Fließpressverfahrens
aus dem Boden hergestellt.
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Um
das topfförmige
Element zu verschließen,
so dass ein dichter Innenraum ausgebildet wird, ist das deckelförmige Element
so gestaltet, dass es dicht in die Öffnung des topfförmigen Elements
einsteckbar ist. Üblicherweise
wird die so erzielte reibschlüssige
Verbindung zwischen deckelförmigem Element
und topfförmigem
Element durch andere Verbindungstechniken, wie Löten, Kleben etc. zusätzlich unterstützt.
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Das
Kühlkörper-Gehäuse weist
folglich ein Gehäuse
auf, das die elektronischen Bauteile gegenüber äußeren Einflüssen, wie Öl, Wasser, etc., dicht aufnimmt.
Die Wärme
abgebenden elektronischen Bauteile sind in guter wärmeleitender
Verbindung am Boden des Gehäuses
angebracht, so dass die entstehende Wärme über den Boden und die sich
daran anschließenden
Stifte abgeführt
werden kann.
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Obgleich
sich diese Kühlkörper-Gehäuse in der
Praxis bewährt
haben, bleibt weiterhin der Wunsch bestehen, weitere Verbesserungen
insbesondere hinsichtlich der Herstellung und der Kosten zu erzielen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, das eingangs
genannte Kühlkörper-Gehäuse so weiterzubilden,
dass eine einfache Herstellung und damit ein kostengünstiges
Bauteil erzielbar ist.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei, dem eingangs genannten
Kühlkörper-Gehäuse dadurch
gelöst,
dass es folgende Merkmale aufweist:
- – zumindest
eine Lasche, die am Umfang des deckelförmigen Elements vorgesehen
ist und sich nach außen
erstreckt,
- – eine
Hinterschneidung im Material im Übergangsbereich
von Lasche und deckelförmigem Element,
die ein Umbiegen der Lasche in Richtung der Längsachse ermöglicht,
und
- – zumindest
eine Hinterschneidung an einer Außenseite des topfförmigen Elements
im Bereich der zumindest einen Lasche, derart, dass die Lasche in
die Hinterschneidung eindrückbar
ist, um das erste Element an dem zweiten Element zu fixieren.
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Das
erfindungsgemäße Kühlkörper-Gehäuse lässt sich
sehr einfach herstellen. Das deckelförmige Element mit den vorzugsweise
fließgepressten Stiften
wird im Randbereich spanend bearbeitet, vorzugsweise gefräst, um die
Stufe auszubilden. Bei diesem Bearbeitungsvorgang kann zusätzlich die
Hinterschneidung im Übergangsbereich
von Lasche und deckelförmigem
Element eingebracht werden. Die Verbindung des deckelförmigen Elements
mit dem topfförmigen
Element erfolgt einerseits durch Reibschluss zwischen topfförmigem Element
und einer Fläche
der Stufe, und zusätzlich
durch das Umbiegen der Lasche in eine entsprechend vorgesehene Hinterschneidung
an der Außenseite
des topfförmigen Elements,
wobei die Hinterschneidung vorzugsweise als Vertiefung oder als
Wulst an der Außenseite
des topfförmigen
Elements ausgebildet ist. Die Hinter schneidung dient hierbei als
Haltepunkt oder Anschlagpunkt für
die umzubiegenden Laschen. weitere Verbindungsmittel, wie Löten, Kleben
etc., sind hierbei nicht erforderlich. Das Umbiegen der Lasche ist
dank der vorgesehenen Hinterschneidung mit einem fest vorgegebenen
Biegeradius ohne Gefahr eines Materialbruchs möglich.
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Insgesamt
ist also ein Kühlkörper-Gehäuse geschaffen,
das sich mit wenigen Herstellungsschritten und damit kostengünstig realisieren
lässt.
Darüber
hinaus ist das Aufbringen der elektronischen Bauteile auf dem deckelförmigen Element
deutlich einfacher auszuführen
als bei der oben beschriebenen Lösung
aus dem Stand der Technik, bei der das elektronische Bauteil auf
dem Boden des topfförmigen
Elements angebracht wird.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist an einer parallel zur Längsachse
verlaufenden Fläche
der Stufe zumindest eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut vorgesehen
und an einer Innenwand des topfförmigen
Elements zumindest ein in Umfangsrichtung umlaufender Vorsprung,
der mit der Nut formschlüssig
als Haltemittel zusammenwirkt.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass eine zusätzliche
Verbindung zwischen topfförmigem
und deckelförmigem
Element erreichbar ist. Bei dieser Art der Verbindung gelangt ein
Vorsprung an der Innenseite des topfförmigen Elements in eine entsprechend
vorgesehene Nut, die in einer Fläche
der Stufe ausgebildet ist. Durch den damit erzielbaren Einschnapp-
bzw. Einrasteffekt wird eine formschlüssige Verbindung hergestellt.
Dies hat den Vorteil, dass sich die Genauigkeitsanforderungen, die
zur Erzielung einer umlaufenden reibschlüssigen Verbindung notwendig sind,
reduzieren lassen. Darüber
hinaus wirkt diese Verbindung "Vorsprung
in Nut" ähnlich einer
Labyrinthdichtung, so dass hiermit sehr gute Abdichtungseigenschaften
erreicht werden.
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Selbstverständlich ist
es auch möglich,
die Nut an der Innenseite des topfförmigen Elements und den Vorsprung
an der Fläche
der Stufe des deckelförmigen
Elements vorzusehen. Aus fertigungstechnischen Gründen ist
das Einbringen einer Nut im deckelförmigen Element jedoch einfacher,
da dies gleichzeitig mit dem Einbringen der Hinterschneidung erfolgen
kann. Folglich ist kein zusätzlicher
Herstellungsschritt erforderlich.
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Darüber hinaus
versteht sich, dass auch mehrere Nuten und Vorsprünge vorgesehen
sein können,
die in Richtung der Längsachse
beabstandet zueinander liegen. Damit lässt sich insbesondere die Abdichtwirkung
verbessern. Ferner ist es denkbar, die Nuten und die Vorsprünge nur
abschnittsweise, vorzugsweise im Bereich der Laschen vorzusehen, folglich
also nicht über
den gesamten Umfang des ersten bzw. zweiten Elements.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung sind mehrere gleichmäßig über den
Umfang verteilt angeordnete Laschen vorgesehen.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass die Verbindung zwischen deckelförmigem und
topfförmigem
Element weiter verbessert wird.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung weist das erste und das zweite Element
eine in Draufsicht runde Form auf.
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Diese
Maßnahme
hat sich gerade bei der Herstellung des deckelförmigen Elements und hier insbesondere
bei der Einbringung der Stufe und der Hinterschneidung als besonders
vorteilhaft herausgestellt.
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Allerdings
sind natürlich
auch andere Formen denkbar. So ist es auch möglich, dass das erste und das
zweite Element eine in Draufsicht rechteckige, vorzugsweise quadratische
Form aufweisen.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist das erste Element aus Aluminium
und das zweite Element aus Kunststoff hergestellt.
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Aluminium
ist besonders gut geeignet, mit Hilfe von Kaltumformverfahnen, insbesondere
Fließpressverfahren
bearbeitet zu werden. Allerdings wäre es natürlich auch denkbar, statt Aluminium
andere fließpressgeeignete
Materialien einzusetzen. So wäre
beispielsweise Kupfer im Hinblick auf Wärmeübertragungseigenschaften und
Lötbarkeit
ebenfalls als geeignetes Material anzusehen. Das zweite Element
ist aus Kunststoff hergestellt und lässt sich daher etwas dehnen,
um es auf das erste Element aufschieben und mit dem Vorsprung in
der Nut einrasten zu können.
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Ferner
wäre es
auch denkbar, das deckelförmige
Element aus Aluminium mit einem Kupferkern zu versehen, auf dem
die zu kühlenden
elektronischen Bauteile aufgebracht werden.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch von einem Verfahren
zur Herstellung einer Kühlkörper-Vorrichtung,
wie sie zuvor beschrieben wurde, mit den Schritten gelöst:
- – Herstellen
des deckelförmigen
Elements mit den Schritten:
- – Ablängen eines
Strangprofils, um einen Butzen zur Ausbildung des ersten Elements
zu erhalten,
- – Kaltumformen
des Butzens, um an einer Fläche die
Vielzahl von der Kühlung
dienenden Stiften auszubilden, und
- – Fräsen im Umfangsbereich
des Butzens, um die Stufe und die Hinterschneidung, vorzugsweise auch
die umlaufende Nut in der Stufe auszubilden,
- – Herstellen
des topfförmigen
Elements, vorzugsweise durch Kunststoff-Spritzgießen,
- – Aufbringen
des deckelförmigen
Elements auf das topfförmige
Element, und
- – Umbiegen
der Lasche an dem deckelförmigen Element.
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Dieses
Herstellungsverfahren ist besonders einfach auszuführen und
ermöglicht
somit eine kostengünstige
Herstellung des erfindungsgemäßen Kühlkörper-Gehäuses.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die
Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf
die Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht
eines erfindungsgemäßen Kühlkörper-Gehäuses, bei der
das deckelförmige
Element noch nicht eingesetzt ist;
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2 eine schematische Seitenansicht
des in 1 gezeigten Kühlkörper-Gehäuses, jedoch
mit eingestecktem deckelförmigen
Element;
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3 eine schematische Draufsicht
des deckelförmigen
Elements;
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4 eine schematische Ansicht
des deckelförmigen
Elements von unten;
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5 eine perspektivische schematische Ansicht
eines Strangprofils, aus dem das deckelförmige Element hergestellt wird;
und
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6a–c verschiedene alternative
Ausgestaltungen der in 1 gezeigten
Elemente.
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In 1 ist ein Kühlkörper-Gehäuse schematisch
als Seitenansicht dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet.
Das Kühlkörper-Gehäuse umfasst
ein erstes deckelförmiges
Element 12, das nachfolgend als Deckel 13 bezeichnet wird,
und ein zweites topfförmiges
Element 14, das nachfolgend als Topf 15 bezeichnet
wird.
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Der
Topf 15 weist einen kreisförmigen Boden 17 auf,
von dem eine zylindrische Wand 19 ausgeht.
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An
dem dem Boden 17 abgewandten Ende 21 der Wand 19 sind
an deren Innenseite 23 zwei in Längsrichtung beabstandete Vorsprünge 25, 27 vorgesehen.
Die beiden Vorsprünge 25, 27 erstrecken sich über den
gesamten Umfang der Wand 21, sind damit also in Umfangsrichtung
umlaufend ausgebildet.
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Die
beiden Nuten 25, 27 haben einen etwa halbrunden
Querschnitt, wobei dies jedoch nicht unbedingt zwingend ist. Andere
Querschnittsformen sind selbstverständlich auch denkbar.
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1 lässt noch erkennen, dass der
Topf 15 der Außenseite
der Wand 21 als Hinterschneidung wirkende Ausnehmungen
oder Vertiefungen 29 aufweist. Diese Vertiefungen 29 sind
im Gegen satz zu den Vorsprüngen 25, 27 jedoch
nicht umlaufend ausgebildet, sondern nur an bestimmten Stellen an
der Außenseite
der Wand 21 vorgesehen.
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Der
Topf 15 wird beispielsweise aus einem Kunststoff durch
Spritzgießen
hergestellt. Da die einzelnen Verfahrensschritte an sich bekannt
sind, soll darauf an dieser Stelle nicht weiter eingegangen werden.
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Der
Deckel 13 gliedert sich in zwei Längsabschnitte, nämlich einem
ersten Längsabschnitt 41 und
einem zweiten Längsabschnitt 43.
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Der
erste Längsabschnitt 41 besteht
aus einer kreisförmigen
Scheibe 45, die in Längsrichtung gesehen
zwei unterschiedliche Durchmesser d1 und d2 besitzt.
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In
der 1 ist der obere
Durchmesser d1 der Scheibe 45 kleiner als der sich daran
anschließende
Durchmesser d2, so dass in diesem Übergangsbereich eine Stufe 47 ausgebildet
wird. Die Stufe 47 weist naturgemäß eine parallel zu der Längsachse
der Scheibe 45 verlaufende erste Fläche 48 und eine rechtwinklig
dazu verlaufende zweite Fläche 49 auf.
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Die
Stufe 47 ist über
den gesamten Umfang der Scheibe 45, d.h. umlaufend ausgebildet,
was sich beispielsweise aus 3 deutlich
ergibt.
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In
der Fläche 48 sind
zwei in Längsrichtung beabstandete
im Querschnitt halbkreisförmige
Nuten 51, 53 ausgebildet. Die Nuten 51, 53 erstrecken
sich über
den gesamten Umfang der Scheibe 45, was in 3 durch eine gestrichelte Linie angedeutet
ist.
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In
der in 3 gezeigten Draufsicht
ist zu erkennen, dass die Scheibe 45 mehrere, im vorliegenden
Fall insgesamt vier Laschen 61 aufweist, die in Umfangsrichtung
der Scheibe 45 gleichmäßig beabstandet
angeordnet sind. Die Laschen 61 ragen über einen äußeren Rand 63 der
Stufe 47 hinaus, sind jedoch einstückig mit der Scheibe 45 ausgebildet.
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Aus 1 ist ersichtlich, dass
die Dicke (Erstreckung in Längsrichtung)
der Laschen 61 geringer ist als die Dicke der Stufe 47 (gemessen
vom Übergang
Abschnitt 43 zu Abschnitt 41).
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Im Übergang
von der Stufe 47 zu den Laschen 61 ist eine Hinterschneidung 65 mit
einem vorgegebenen Biegeradius R zu erkennen, die eine Materialverdünnung 67 der
Stufe 47 darstellt. Der Zweck dieser Materialverdünnung 67 soll
später
noch erläutert
werden.
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Der
zweite Längsabschnitt 43 weist
eine Vielzahl von Stiften 71 auf, die einen kreisförmigen Querschnitt
besitzen. Dies ist in 1 besonders
gut zu erkennen. Die Stifte 71 sind an der Unterseite der Scheibe 45 gleichmäßig angeordnet,
beispielsweise wie in 4 dargestellt
als rechteckförmiges
Array. Selbstverständlich
sind auch andere Anordnungen, geordnet oder ungeordnet, möglich. Es
ist lediglich dafür
zu sorgen, dass die Stifte 71 eine möglichst große Oberfläche besitzen, so dass ein guter
Wärmeübergang
in das umgebende Medium Luft ermöglicht
wird.
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Die
Herstellung des Deckels 13 erfolgt in wenigen Schritten,
wobei als Grundmaterial ein Strangprofil 80 verwendet wird,
wie es in 5 gezeigt
ist. Die Grundfläche
des Strangprofils 80 entspricht dabei der Grundfläche, wie
sie in 3 gezeigt ist.
Insbesondere weist das Strangprofil bereits Bereiche 83 auf,
aus denen die Laschen 61 hergestellt werden.
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Dieses
Strangprofil 80 wird zunächst auf die richtige Länge abgelängt, um
anschließend
aus diesem als "Butzen" bezeichneten Block
die Stifte 71 durch Kaltumformen, beispielsweise Fließpressen, herzustellen.
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Gleich
danach wird die Scheibe 45 im Bereich des ersten Längsabschnitts
spanend bearbeitet. Mit Hilfe eines entsprechenden Fräswerkzeugs werden
in einem einzigen Bearbeitungsvorgang die Stufe 47, die
Nuten 51, 53, die Hinterschneidung 65 mit
vorgegebenem Biegeradius sowie die Abstufung zu den Laschen 61 erzeugt.
Selbstverständlich
wäre es
auch denkbar, zunächst
die Stufe 47 und die Stufe zur Lasche 61 auszubilden,
um dann in einem nächsten
Schritt die Nuten 51, 53 und die Hinterschneidung 65 einzubringen.
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Es
zeigt sich somit, dass die Herstellung des Deckels 13 sehr
einfach mit wenigen Herstellungsschritten möglich wird.
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Die
Verbindung von Topf 15 und Deckel 13 erfolgt – nach dem
Aufbringen eines elektronischen Bauteils auf die obere Seite des
Deckels 13 dadurch, dass der Deckel 13 in den
Topf 15 eingeschoben wird. Die Endposition des Deckels 13 im
Topf 15 ist in 2 schematisch
dargestellt. Die Endposition ist dann erreicht, wenn die Vorsprünge 25, 27 des
Topfs 15 in die ent sprechend vorgesehenen Nuten 51, 53 eingreifen.
Darüber
hinaus steht die Wand 21 des Topfs 15 auf der
Fläche 49 der
Stufe 47 auf.
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Anschließend werden
die Laschen 61 nach oben und in die Vertiefungen 29 eingedrückt. Mit
Hilfe dieser eingedrückten
Laschen 61 lässt
sich gewährleisten,
dass sich der Deckel 13 nicht vom Topf 15 löst.
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Das
Umbiegen der Laschen 61 kann ohne Gefahr eines Materialbruchs,
etc. erfolgen, was den Hinterschneidungen 65 bzw. Materialverdünnungen 67 zu
verdanken ist. Der Biegeradius dieser Hinterschneidungen ist nämlich so
festgelegt, dass die Biegung der Laschen keinen Materialbruch zur
Folge hat.
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In
den 6a–c sind weitere Ausgestaltungen
des Topfs 15 bzw. des Deckels 13 dargestellt, wobei
zur Vereinfachung für
gleiche Teile gleiche Bezugszeichen benutzt wurden. Auf eine nochmalige Erläuterung
dieser Teile kann deshalb verzichtet werden.
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In 6a ist ein Topf 15 dargestellt,
dessen Vorsprung 27' nur
abschnittsweise vorgesehen ist, wobei die Anzahl der Abschnitte
beliebig sein kann. D.h. also, dass der Vorsprung im Gegensatz zu
der vorherigen Ausführungsform
nicht über
den gesamten Umfang verläuft. Üblicherweise
liegen die einzelnen Abschnitte des Vorsprungs 27' im Bereich
der an der Außenseite
des Topfs angeordneten Vertiefungen 29.
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In 6b ist ein Topf 15 dargestellt,
dessen Hinterschneidungen 29' als
Wülste
ausgebildet sind. Folglich werden die Laschen nicht mehr in Vertiefungen
eingedrückt
sondern vielmehr um die Wülste
herumgebogen. In beiden Fällen
wird jedoch eine formschlüssige
Verbindung erzielt, da die für
die Laschen als Hinterschneidung wirkenden Vertiefungen bzw. Wülste ein
Lösen des
Deckels vom Topf verhindern. An dieser Stelle sei nochmals angemerkt,
dass die Anzahl der Wülste
bzw. Vertiefungen der Anzahl der Laschen entspricht. Üblicherweise
sind die Vertiefungen bzw. Wülste
nicht umlaufend ausgebildet.
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Schließlich ist
in 6c ein Deckel 13 dargestellt,
der ein zusätzliches
Abdichtungsmittel aufweist. So liegt in der Nut 53 ein
dichtender O-Ring 91, der mit der Innenwand des Topfs dichtend
zusammenwirkt. Hierbei ist jedoch anzumerken, dass der Topf 15 in
diesem Fall keinen Vorsprung aufweist, der in die Nut eingreift.
Der untere Vorsprung 27 des Topfs ist jedoch weiterhin
vorhanden und wirkt mit der Nut 51 als Einschnapp- bzw. Einrastmechanismus zusammen.
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Insgesamt
zeigt sich, dass eine äußerst zuverlässige Verbindung
von Deckel 13 und Topf 15 möglich ist, ohne zusätzliche
Verbindungsmittel, wie Löten,
Schweißen
oder Verkleben einsetzen zu müssen.
Darüber
hinaus sorgen die in den Nuten liegenden Vorsprünge 25, 27 für eine sehr
gute Abdichtung, vergleichbar einer Labyrinthdichtung, so dass der
Innenraum der Kühlkörper-Vorrichtung, in der
das bzw. die elektronischen Bauteile liegen, gegenüber Wasser, Öl und schmutz
geschützt
ist. Auch für
diese Abdichtung sind keine zusätzlichen
Maßnahmen,
wie Vorsehen von Gummidichtungen etc., notwendig.
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Folglich
wird eine sehr einfach herzustellendes Kühlkörper- Gehäuse
geschaffen.