Mög­lich­kei­ten der Elektronikkühlung

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Neuer Coolhow Report: Luft & Flüssigkeitskühler

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Es gibt eine Viel­zahl an Mög­lich­kei­ten, Bau­tei­le ent­spre­chend der vor­lie­gen­den Anfor­de­run­gen zu küh­len. Alle Arten ver­bin­det das Ziel, eine ent­ste­hen­de Ver­lust­leis­tung an die Umge­bungs­luft abzu­ge­ben. Die Funk­ti­ons­wei­se von Kühl­lö­sun­gen unter­schei­den sich dabei erheb­lich. In die­sem Arti­kel stel­len wir die ver­schie­de­nen Funk­ti­ons­wei­sen und Pro­dukt­tech­no­lo­gien vor.  

Luft­küh­ler für die Leistungselektronik.

Die direk­te Luft­küh­lung mit Pro­fil­kühl­kör­pern der elek­tro­ni­schen Bau­tei­le stellt die ein­fachs­te und vor allem güns­tigs­te Vari­an­te der Elek­tronik­küh­lung dar. Das Aus­gangs­ma­te­ri­al für Pro­fil­kühl­kör­per wird meist im Strang­press­ver­fah­ren mit hohem Fer­ti­gungs­vo­lu­men pro­du­ziert, wes­halb eine hohe Effi­zi­enz zu errei­chen ist. Min­dest­press­men­gen lie­gen je nach Strang­press­pro­fil zwi­schen 500 kg und 2.000 kg, sodass hier die benö­tig­te Men­ge an benö­tig­ten Kühl­kör­pern abge­wo­gen wer­den muss. Allei­ne wir bei Cool Tec Elec­tro­nic haben über 500 Werk­zeu­ge für indi­vi­du­el­le Kühl­kör­per­pro­fi­le bei unse­ren Strang­press­wer­ken in Deutsch­land und Euro­pa eingerichtet. 

Wie funk­tio­niert ein Luftkühler? 

Am ein­fachs­ten lässt sich das Prin­zip der Luft­küh­lung an der For­mel für den Wär­me­strom, also der Kühl­leis­tung, erklä­ren. Kei­ne Sor­ge! Es wird nur bei die­ser einen Glei­chung blei­ben, die auch gar nicht so kom­pli­ziert ist. 

Kühl­leis­tung = Wär­me­über­gangs­ko­ef­fi­zi­ent * Flä­che * Tem­pe­ra­tur­dif­fe­renz (Bau­teil und Umgebungsluft)

Beim Luft­küh­ler ist die Kühl­leis­tung abhän­gig von der wär­me­über­tra­gen­den Flä­che. So wird bei der Gestal­tung eines Pro­fil­kühl­kör­pers das Ziel ver­folgt, die Flä­che, die mit der Luft in Kon­takt steht, so groß wie mög­lich gestalten. 

Durch ent­spre­chend gestal­te­te Kühl­rip­pen wird die wär­me­über­tra­gen­de Flä­che zwi­schen Kühl­kör­per und Luft immens gestei­gert und somit gemäß der For­mel auch die Kühl­leis­tung maximiert. 

Den Wär­me­über­tra­gungs­ko­ef­fi­zi­en­ten, der angibt, wie effi­zi­ent die Wär­me an die Luft über­tra­gen wird, kann auch durch kon­struk­ti­ve Maß­nah­men gestei­gert wer­den. Hier­bei kommt man in den Bereich der Son­der­kühl­kör­per. Die­se funk­tio­nie­ren exakt nach dem glei­chen Prin­zip der Luft­küh­lung, wer­den aber indi­vi­du­ell für das ent­spre­chen­de Kühl­pro­blem opti­miert. Das pas­siert bei­spiels­wei­se durch das Ein­pres­sen von Heat­s­prea­dern oder Heat­pipes. Dar­über hin­aus kann durch eine spe­zi­el­le Aus­le­gung die Luft­strö­mung opti­miert und somit auch der Wär­me­über­gangs­ko­ef­fi­zi­ent und schluss­end­lich die Kühl­leis­tung wei­ter gestei­gert wer­den. 

Wann soll­te ich auf einen Luft­küh­ler für mei­nen Anwen­dungs­fall zurückgreifen? 

Durch den Umstand, dass ein Luft­küh­ler die wär­me­über­tra­gen­de Flä­che stark ver­grö­ßert, erhöht sich der Bau­raum­be­darf dem­entspre­chend stark. Somit muss ein aus­rei­chend gro­ßer Bau­raum berück­sich­tigt wer­den. Da eine freie Strö­mung der Luft essen­zi­ell ist, ist ein dich­tes Packa­ge des Gesamt­auf­baus nicht mög­lich. Durch den Ein­satz von Lüf­tern kann dem teil­wei­se ent­ge­gen­ge­wirkt wer­den. Trotz­dem soll­te die Leis­tungs­dich­te, also die Ver­lust­leis­tung pro Volu­men, nicht all­zu groß sein, da der Luft­küh­ler hier schnell an sei­ne Gren­zen stößt. 

Kann mir Cool Tec Elec­tro­nic einen opti­ma­len Luft­küh­ler herstellen? 

Unser Ange­bot an Pro­fil­kühl­kör­pern reicht von mehr als 500 Stan­dard­pro­fi­len bis zu zahl­rei­chen Son­der­pro­fi­len für spe­zi­el­le Anforderungen.

Auf Basis unse­rer Stan­dard- und Son­der­pro­fi­le offe­rie­ren wir Ihnen jede Form der kun­den­spe­zi­fi­schen Bear­bei­tung. Pro­du­ziert wird auf moderns­ten Säge­au­to­ma­ten, CNC-Bear­bei­tungs­zen­tren, Dreh­au­to­ma­ten und Pres­sen. Alle Ober­flä­chen wer­den nach Ihren Vor­ga­ben ver­edelt. Von der ultra­schall­ge­r­ei­nig­ten Alu-blank-Ver­si­on, Chrom-6-freie Chro­ma­tie­rung, deko­ra­ti­ve Eloxal­ober­flä­chen bis hin zu unter­schied­lichs­ten gal­va­nisch und che­misch erzeug­ten Ober­flä­chen ein­schließ­lich Mill-Normen. 

Gemein­sam mit Ihnen ent­wi­ckeln und fer­ti­gen wir Son­der­pro­fi­le, die nahe­zu unbe­grenz­te Mög­lich­kei­ten zur idea­len Anpas­sung an Ihre Elek­tro­nik bie­ten. Neben einer inten­si­ven Unter­stüt­zung und Mit­ar­beit bei der Ent­wick­lung und Kon­struk­ti­on Ihrer Pro­fil­kühl­kör­per, rea­li­sie­ren wir eine voll­stän­di­ge CNC-Bear­bei­tung mit anschlie­ßen­der Ober­flä­chen­be­hand­lung. Auch die Mon­ta­ge von Sys­tem­kom­po­nen­ten ist möglich. 

Flüs­sig­küh­ler für die Leistungselektronik. 

Reicht die Kühl­leis­tung des Luft­küh­lers nicht mehr aus oder ist der Bau­raum beschränkt, kom­men Flüs­sig­keits­küh­ler in Fra­ge. Die­se stel­len auf ver­gleichs­wei­se gerin­gem Bau­raum, wenn man nur die Kühl­plat­te betrach­tet, eine sehr hohe Kühl­leis­tung dar. Dabei unter­schei­den wir bei Cool Tec Elec­tro­nic noch­mal zwi­schen Flüs­sig­keits­küh­lern mit ein­ge­press­tem Rohr (Mono- oder Duo­press) und Flüs­sig­keits­küh­ler mit gefräs­ter Innen­struk­tur (Struc­tu­re). Die zu küh­len­den Kom­po­nen­ten wer­den dabei auf der Flüs­sig­keits­kühl­plat­te verschraubt. 

Wie funk­tio­niert ein Flüssigkühler? 

Auch hier greift wie­der die For­mel für den Wär­me­strom. Ein Flüs­sig­keits­küh­ler führt die gesam­te Wär­me über den Pfad der Wär­me­lei­tung und erzwun­ge­ne Kon­vek­ti­on ab. Da die Bau­tei­le direkt auf der Flüs­sig­keits­kühl­plat­te sit­zen, kann die Wär­me im Ver­gleich zur Luft­küh­lung viel effi­zi­en­ter über­tra­gen wer­den. Das ist dem Umstand geschul­det, dass der Wär­me­über­gang von Fest­kör­per zu Was­ser im Ver­gleich zu Fest­kör­per zu Luft unge­fähr 50 – 100-mal grö­ßer ist. Der vom Was­ser auf­ge­nom­me­ne Wär­me­strom muss über einen Rück­küh­ler an die Umge­bungs­luft abge­ge­ben wer­den. 

Wann soll­te ich auf einen Flüs­sig­küh­ler zurückgreifen? 

Immer dann, wenn die Kühl­leis­tung eines Luft­küh­lers nicht mehr aus­reicht oder der Bau­raum limi­tiert ist, ist ein Flüs­sig­keits­küh­ler erfor­der­lich. Hier­für muss aller­dings auch die ent­spre­chen­de Infra­struk­tur bereit­ge­stellt wer­den bzw. vor­han­den sein. Dies umfasst den Flüs­sig­keits­kreis­lauf mit Rohr- oder Schlauch­lei­tun­gen und einen Rück­küh­ler, der den Wär­me­strom aus dem Kühl­me­di­um an die Umge­bungs­luft abgibt. 

Kann mir Cool Tec Elec­tro­nic einen opti­ma­len Flüs­sig­küh­ler her­stel­len? 

Wir bie­ten ein wei­tes Spek­trum an ver­schie­de­nen Flüs­sig­keits­küh­lern. Die­se ent­wi­ckeln wir mit unse­ren Kun­den gemein­sam indi­vi­du­ell nach des­sen Vor­ga­ben oder wir ent­wi­ckeln die Kühl­plat­ten auf Basis von Ther­mo­si­mu­la­tio­nen kom­plett neu. 

Bei Flüs­sig­keits­kühl­kör­pern gibt es ver­schie­dens­te Pro­dukt­tech­no­lo­gien. Von der Kühl­plat­te mit ein­ge­press­ten Roh­ren aus Kup­fer, Edel­stahl oder Alu­mi­ni­um (Mono­press), über mit­tig ein­ge­bet­te­te Roh­re (Duo­press), bis hin zu Flüs­sig­keits­küh­lern mit gefräs­ten Innen­struk­tu­ren und gefüg­ten Deckeln ist alles machbar. 

Sie­de­küh­ler für die Leistungselektronik.

Ist die Leis­tungs­dich­te Ihrer Kom­po­nen­ten sehr hoch und haben Sie sehr wenig Bau­raum zur Ver­fü­gung, kommt eine Sie­de­küh­lung in Fra­ge. Die­se ermög­licht auf ver­gleichs­wei­se gerin­gem Bau­raum, wenn noch­mals höhe­re Kühl­leis­tung im Ver­gleich zu Flüs­sig­keits­küh­lern. Wir bie­ten unser Power­boil Sys­tem dabei mit Natur­um­lauf oder erzwun­ge­nem Kreis­lauf an. 

Wie funk­tio­niert ein Siedekühler? 

Im Ver­gleich zum Flüs­sig­küh­ler wird der Wär­me­über­gangs­ko­ef­fi­zi­ent deut­lich erhöht, was wie­der­um zu einer deut­li­chen Stei­ge­rung der Kühl­leis­tung führt.

Ein Sie­de­küh­ler führt die gesam­te Wär­me über die Ver­damp­fung eines flüs­si­gen Medi­ums ab. Da bei der Ver­damp­fung gro­ße Ener­gie­men­gen benö­tigt wer­den, kön­nen wie­der­um hohe Wär­me­strö­me auf­ge­nom­men wer­den. Dies führt dazu, dass die Wär­me­über­gangs­ko­ef­fi­zi­en­ten im Ver­gleich zum Flüs­sig­keits­küh­ler um das bis zu 4‑fache stei­gen. Der vom ver­damp­fen­den Medi­um auf­ge­nom­me­ne Wär­me­strom muss über einen Rück­küh­ler an die Umge­bungs­luft abge­ge­ben werden.

Wann soll­te ich einen Sie­de­küh­ler einsetzen? 

Immer wenn sehr hohe Ver­lust­leis­tun­gen auf kleins­tem Bau­raum abge­führt wer­den müs­sen, ist die Sie­de­küh­lung zu bevor­zu­gen. Die­se ist noch ther­misch leis­tungs­fä­hi­ger als eine Flüs­sig­keits­küh­lung. Die Sie­de­küh­lung stellt damit die effek­tivs­te Mög­lich­keit dar, einem Sys­tem ther­mi­sche Ener­gie zu ent­zie­hen. Hier­für muss aller­dings auch die ent­spre­chen­de Infra­struk­tur bereit­ge­stellt wer­den bzw. sein. Dies umfasst den Flüs­sig­keits­kreis­lauf mit Rohr­lei­tun­gen und einem Rück­küh­ler, der den Wär­me­strom aus dem Kühl­me­di­um an die Umge­bungs­luft abgibt. 

Kann mir Cool Tec Elec­tro­nic einen opti­ma­len Sie­de­küh­ler herstellen? 

Einen Sie­de­küh­ler ent­wi­ckeln wir mit unse­ren Kun­den gemein­sam indi­vi­du­ell nach des­sen Vor­ga­ben und Anfor­de­run­gen. Unter ande­rem ermög­li­chen wir Sie­de­pro­zes­se ab 35°C durch gezüch­te­te Mikro­struk­tu­ren in der Bau­teil­kam­mer. Außer­dem ist es durch eine Tren­nung von Sie­de­kam­mer und Kon­den­sa­tor mög­lich, die höchs­ten IP-Schutz­klas­sen zu erreichen.

Neuer Coolhow Report: Luft- & Flüssigkeitskühler

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