Leistungselektronik perfekt kühlen – mit Kühllösungen von CTX
Leistungselektronik ist ein entscheidender Bestandteil moderner Antriebs- und Automationslösungen. Sie ist maßgeblich für Funktionalität und Wirtschaftlichkeit der jeweiligen Lösung. Dabei sind die Anforderungen an die Elektronik nicht nur hinsichtlich ihrer Rechengeschwindigkeit hoch. Da Bauraum kostenintensiv ist, müssen Antriebe und Automatisierungslösungen – und damit auch die Leistungselektronik – immer kompakter werden.
Diese Forderung nach Kompaktheit setzt sich bis hin zu den applikationsspezifischen Kühllösungen fort: Auch sie müssen sehr klein, dabei aber extrem leistungsstark sein, um die hohen Verlustleistungen der Prozessoren schnell abführen zu können und damit die Leistung des jeweiligen Geräts dauerhaft zu sichern.
Hochleistungskühlkörper von CTX können das! Dafür sorgen modernste Fertigungstechnologien wie beispielsweise das Crimpen, das Reibrührschweißen oder das Schaben von Lamellen aus dem Block. Mit Hilfe dieser Verfahren lassen sich Kühlkörper mit extrem großer wärmeleitender Oberfläche auf kleinstem Raum fertigen. Denn allen Verfahren gemein ist ein minimaler Wärmewiderstand zwischen Kühlkörperbasis und Kühlrippen und damit eine perfekte Wärmeabführung.
Wir finden auch für Ihre Elektronikanwendung die passende Kühllösung.
Rippenkühlkörper – die klassische Kühlkörper-Bauform
Für die schnelle, effiziente Entwärmung von Leistungselektronik benötigt der jeweilige Kühlkörper eine möglichst große wärmeleitende Oberfläche. Dies wird in der Regel durch eine Vielzahl von Rippen, Lamellen oder Stiften auf einer leitenden Basis erreicht. Solch klassische Rippenkühlkörper gibt es in den unterschiedlichsten Ausprägungen: Je nach erforderlicher Kühlleistung und zur Verfügung stehendem Bauraum, kommen dabei unterschiedliche Materialien, Kühlkörperdesigns und Fertigungsmethoden zum Einsatz.
Kühlkörperbasis und -rippen können wahlweise mittels Druckgussverfahren in einem Stück gefertigt, miteinander verpresst, verklebt oder hartgelötet werden. Relativ neue Methoden sind das Crimpen, Reibrührschweißen und das Ausschaben der Rippen aus dem Block.
Crimped Kühlkörper mit eingepressten Rippen
Crimped Kühlkörper sind vielseitig einsetzbar. Sie bestehen aus einer Bodenplatte, in die die einzelnen Kühlrippen in einem rein mechanischen Verfahren eingepresst werden. Je nach abzuführender Verlustleistung und dem zur Verfügung stehenden Bauraum können sie aus Aluminium oder Kupfer gefertigt werden. Typisch ist allerdings die Kombination einer Kühlkörperbasis aus Kupfer mit eingepressten Aluminiumrippen. Bei dieser Kombination ist ein optimales Verhältnis von Kühlkörpergewicht, -größe und Kühlleistung gegeben. Gleichzeitig bleiben die Wärmewiderstände aufgrund der thermischen Spreizwirkung der Kupferplatte sehr klein.
Zusätzlich kann die spezifische Kühlleistung der gecrimpten Kühlkörper durch die Verwendung von Aluminiumrippen mit unterschiedlicher Oberflächenstruktur bei gleicher Grundfläche und Rippengeometrie des Kühlkörpers variiert werden. So steigt die Kühlwirkung mit zunehmender Rippenoberfläche – von glatten über geriffelte bis hin zu gestanzten Kühlrippen.
Aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte kommen Crimped Kühlkörper in der Regel in Applikationen zum Einsatz, bei denen der frei verfügbare Bauraum begrenzt ist. Ein typisches Anwendungsfeld sind Grafikkarten und CPUs. In diesen Fällen werden Crimped Kühlkörper häufig mit Heatpipes kombiniert.
Übrigens: Crimped Kühlkörper können auf Wunsch auch einer Oberflächenbehandlung wie Lackieren, Eloxieren oder Pulverbeschichten unterzogen werden.
Reibrührschweißen – Die Fertigungstechnologie für leistungsstarke Kühllösungen
Das Reibrührschweißen (engl.: Friction Stir Welding, kurz FSW) ist ein innovatives Kaltschweißverfahren, das erst 1991 erfunden wurde. Es eignet sich speziell für die Herstellung von Kühlkörpern aus Aluminium.
Dabei erzeugt ein verschleißfestes, rotierendes Werkzeug so viel Wärme und Druck, dass die erwärmten Materialien quasi miteinander verrührt werden. Die auf diese Weise entstehenden Schweißnähte sind hochfest, absolut dicht und besitzen eine optimale Wärmeleitfähigkeit. Da unterhalb der Schmelzpunkte der Werkstücke gearbeitet wird, kommt es zu keinerlei Veränderungen des Materialgefüges und zu lediglich marginalen Verzugserscheinungen.
Vorteile:
- weder Zusatzwerkstoffe noch Schutzgase erforderlich
- gleichmäßige, hochbelastbare Schweißnähte
- keine Schweißporen
- absolut dichte Verbindungen
- relativ niedrige Temperaturen und damit wenig Verzug
- gleichmäßige Wärmeleitfähigkeit
Skived Fins – Effiziente Kühlung für Small Form Factor Systems
Elektronische Systeme mit Bauhöhen unter 30 mm, allen voran industrielle Computer mit besonders kleinen Gehäusen (small form factor systems), stellen besonders hohe Anforderungen an die spezifische Leistungsdichte eines Kühlkörpers. Typische Kühllösungen für diesen Anwendungsfall sind Skived Fin Kühlkörper. Bei ihnen werden die Kühlrippen aus einem Aluminium- oder Kupferblock herausgeschabt. Diese spezielle Fertigungstechnik erlaubt besonders feine Rippen und eine hohe Rippendichte. Zudem sind die einzelnen Lamellen bei dieser Herstellungsmethode übergangslos mit der Kühlkörperbasis verbunden – ganz ohne die thermischen Widerstände, die unvermeidlich bei Löt-, Kleb- oder Pressverbindungen auftreten.
Skived Fin Kühlkörper werden aufgrund ihrer hohen Kühlwirkung vor allem als CPU-Kühler in Serveranlagen eingesetzt – in der Regel als aktive Kühllösung in Kombination mit Systemlüftern, die für einen forcierten Luftstrom sorgen.
Da die Werkzeugkosten vergleichsweise gering ausfallen, eignet sich dieses Verfahren auch für Serien mit geringen Stückzahlen.
Hartgelötete Hochleistungskühlkörper
Hartgelötete Hochleistungskühlkörper bieten dieselben technischen Eigenschaften wie Druckgussprofile, sind aber bis zu 40 % leichter und kompakter. Denn anders als bei herkömmlichen Kühlkörpern in Modulbauweise, bei denen die einzelnen Elemente verklebt oder kaltgeschweißt werden, treten bei hartgelöteten Kühlkörpern keine mechanischen oder thermischen Lücken an der Basis der Kühlrippen beziehungsweise zwischen den einzelnen Kühlkörperkomponenten auf. Denn beim Hartverlöten wird die Molekularstruktur der einzelnen Module bei hohen Temperaturen miteinander vernetzt. Das Ergebnis: Minimalste Übergangswiderstände.
leichter und
kompakter
ÜBER CTX THERMAL SOLUTIONS
Als Full-Line-Anbieter mit einem außergewöhnlich breiten Angebot an passiven und aktiven Kühlelementen hält CTX Thermal Solutions für fast jede Aufgabenstellung die richtige Lösung bereit. Basis sind eine umfassende technische Kompetenz und langjährige Erfahrung in Konzeption und Vertrieb von Kühllösungen für das effektive Wärmemanagement von Hochleistungselektronik. Die Auswahl der geeigneten Kühltechnologie erfolgt auf Basis der Kundendaten sowie aus einer möglichen thermischen Simulation. Die hohen Qualitäts- und Umweltstandards werden durch die Zertifizierungen nach DIN EN ISO 9001:2015 sowie der DIN EN ISO 14001:2015 gewährleistet.
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