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Kühlkörper Wie man Wärmeentwicklung richtig entgegenwirkt

Redakteur: Kristin Rinortner

Mit zunehmender Komplexität und Miniaturisierung steigt die thermische Anfälligkeit elektronischer Bauteile und Baugruppen. Mit speziellen Schutzvorrichtungen lässt sich dies verhindern.

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Wärmemanagement: Rauchmelder detektieren zuverlässig Brandgefahren. Hier sind Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer wichtige Eigenschaften.
Wärmemanagement: Rauchmelder detektieren zuverlässig Brandgefahren. Hier sind Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer wichtige Eigenschaften.
(Bild: © Inga Nielsen - Fotolia)

Die Absenkung der Arbeitstemperatur um nur 10°C kann bei bestimmten elektronischen Baulementen eine Verdopplung der Lebenszeit bedeuten. Grund genug für ein durchdachtes Thermomanagement.

In aktuellen Systemen kommen hierfür Sensoren zum Einsatz, die die Temperatur überwachen und steuern. Für optimalen Schutz sollte das Wärmemanagement jedoch vor der Auswahl des Sensors bedacht werden. Eine große Palette an Standardprodukten bietet für praktisch jede Anwendung und jede Art der Wärmeentwicklung eine Lösung. Sie reicht von platzsparenden, klein dimensionierten Hitzesenken bis zu großflächigen Profilkühlkörpern.

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Zu den Kleinkühlkörpern mit einem Wärmewiderstandsbereich von >16 K/W zählen die Finger-, Aufsteck-, Einlöt-, SMD- und U-Kühlkörper. Sie werden zum Beispiel von Assmann WSW aus verschiedenen Materialien angeboten, vom gestanzten Aluminium mit Plattenstärken von 0,6 bis 1,5 mm bis hin zur Kupferlegierung C1100, nach Bedarf auch eloxiert, voll- oder teilverzinnt.

Kupfer bietet mit ca. 380 W/(m*K) eine bessere Wärmeleitung als Aluminiumlegierungen mit ca. 220 W/(m*K). Das bedeutet jedoch nicht, dass Kupferlegierungen immer zu bevorzugen sind. Denn man sollte die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Applikation unbedingt berücksichtigen.

Um niedrigere Wärmewiederstände zwischen 6 und 16 K/W zu erzielen, reichen gestanzte Kühlkörper mit ihrer leichten Bauweise nicht aus. Hierfür bieten Hersteller wie Assmann WSW Kühlkörper aus Strangpressprofil in Standardlängen mit und ohne Lötstifte. Dabei werden ausschließlich extrudierte Profile der Legierungen AL6060 und AL6063 verarbeitet. Die in Asien meist verwandte Legierung AL6063 ist etwas „weicher“ als die europäische Version AL6060 und kann somit je nach Profilkontur bzw. Rippengeometrie einen Vorteil in der Profilherstellung bieten.

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Dieser Autorenbeitrag ist in der Printausgabe ELEKTRONIKPRAXIS Sonderheft Elektromechanik II erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar.

Die Standardkühlkörper umfassen ein breites Spektrum mit Standardlochbildern, eingepressten Lötpins, Gewindelöchern oder bereits extrudierten Gewindekanälen. Bei Kühlkörpern mit Lötstiften entfällt eine Verschraubung, da sie zusammen mit der Komponente aufgelötet werden können. Profile mit extrudierten Gewindekanälen bieten dafür den Vorteil, dass die elektronischen Bauteile ohne separate Bearbeitung (Lochung und Gewinde schneiden) mit dem bestehenden Kanal montiert werden können. Welche Variante vorzuziehen ist, entscheidet auch hier letztendlich die Applikation.

Bei den Strangpressprofilen stehen ebenfalls verschiedene Standardprofile zur Auswahl mit Profilbreiten bis zu 600 mm. Mit einer großflächigen, teilweise kannelierten Rippengeometrie erreichen sie einen Wärmewiderstand von <6 bis zu <1 K/W.

Spezialfälle erfordern Sonderlösungen

Bei manchen Anwendungen lässt sich mit solchen Standardprodukten jedoch keine ausreichende Kühlung erzielen. Sonderlösungen mit alternativen Materialien, spezifischen Profillängen, moderner CNC-Bearbeitung bei notwendigen Fräsarbeiten (Lochung, Bohrung, Gewindeschneiden), Sonderprofilquerschnitten, Hohlrippenprofilen oder geschweißten Kühlkörpern, eloxierten Sicht- und Dekor-Oberflächen oder Sonderverpackungen für manuelle, semi- und vollautomatische Bestückungen stehen hierfür zur Auswahl.

Bei diesen ist es noch wichtiger als bei Standardprodukten, dass frühzeitig möglichst viele Informationen in das Design der Lösung einfließen. Zwingend notwendig sind ausreichend bemaßte Profil- und Bearbeitungszeichnungen inklusive der geforderten Toleranzen. Bei komplexen, kundenspezifischen Profilen sind 3-D-Daten sehr hilfreich. Ist in der Bearbeitungszeichnung angegeben, welche Oberfläche für den Kühlkörper gefordert wird, z.B. ob diese kratzerfrei oder geschliffen sein soll, lässt sich dies in der Auswahl gleich berücksichtigen.

Ein gelungenes Beispiel eines Kühlkörpers zeigt Bild 1. Das Profil V9387 vereint eine ganze Reihe an Besonderheiten vom Hohlrippenprofil über kannelierte Rippengeometrie (zur Vergrößerung der Oberfläche), extrudierte Schraubkanäle bis zur naturfarbenen Dekor-Alu-Oberfläche mit einer Eloxalschichtdicke von 15 µm.

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