Was ist der k-Wert und wie wird er gemessen?

Der k-Wert (Wärmedurchgangszahl) gibt an, wie viel Wärme pro Flächeneinheit und Kelvin Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Kühlmedium übertragen wird. Er wird über Messungen oder Thermosimulation ermittelt und in W/m²K angegeben. COOLTEC bietet Thermosimulationen zur Vorhersage des k-Werts Ihres Kühlers an.

Welches Kühlmedium eignet sich für welche Anwendung?

Wasser bietet die höchste Wärmekapazität und ist kosteneffizient. Wasser-Glykol-Gemisch ist frostsicher und wird bei Anwendungen mit Temperaturwechseln bevorzugt. Bei aggressiven Umgebungen oder Reinwasseranforderungen kommen korrosionsbeständige Werkstoffe (Edelstahl, beschichtetes Aluminium) oder spezielle Medien zum Einsatz.

Wie hoch darf der Druckverlust maximal sein?

Das hängt von Ihrer Pumpenleistung und den Leitungsquerschnitten ab. Typische Werte liegen zwischen 0,1 und 1,0 bar je nach Kühlerbauweise. COOLTEC gibt für jeden Kühler Druckverlust-Kennlinien in Abhängigkeit vom Durchfluss an, damit lässt sich die Systemauslegung präzise planen.

Welche Materialien sind für aggressive Medien geeignet?

Edelstahl ist erste Wahl bei aggressiven Medien, Säuren oder Laugen. Für Reinwassersysteme (deionisiertes Wasser) sind spezielle Beschichtungen oder Edelstahl erforderlich, da DI-Wasser Aluminium angreifen kann. Kupfer bietet ebenfalls hohe Korrosionsbeständigkeit bei vielen Medien.

Flüssigkeitskühlung bei hoher Leistungsdichte: wichtige Auslegungskriterien

Wenn Luftkühlung nicht mehr ausreicht, ist die richtige Auslegung eines Flüssigkeitskühlers entscheidend. Von k-Wert bis Druckverlust: die wichtigsten Kenngrößen im Überblick.

Wann wird Flüssigkeitskühlung notwendig?

Flüssigkeitskühlung wird eingesetzt, wenn die Leistungsdichte hoch ist, der Bauraum begrenzt ist oder präzise Bauteiltemperaturen reproduzierbar eingehalten werden müssen. Das Kühlmedium (meist Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch) transportiert Wärme deutlich effizienter als Luft. Für eine zuverlässige Auslegung sind folgende Kenngrößen entscheidend:

1
k-Wert (Wärmedurchgangswert)
Der k-Wert (in W/m²K) beschreibt, wie viel Wärmeleistung pro Fläche und Temperaturdifferenz zwischen Bauteil und Kühlmedium übertragen wird. Je höher der k-Wert, desto effizienter der Kühler und desto kleiner kann er bei gleicher Kühlleistung sein. Innenstrukturierte Kühler (Structureflow) erreichen deutlich höhere k-Werte als Kühler mit eingepressten Rohren.
2
Druckverlust im Kühlkreislauf
Ein höherer k-Wert geht in der Regel mit einem höheren Druckverlust einher, da engere Kanäle oder Strukturen den Strömungswiderstand erhöhen. Der Druckverlust bestimmt die Anforderungen an Pumpe und Leitungen. Er muss in der Systemauslegung berücksichtigt werden.
3
Werkstoffwahl: Aluminium, Kupfer oder Edelstahl
Aluminium ist leicht, gut bearbeitbar und ausreichend wärmeleitfähig für die meisten Anwendungen. Kupfer überträgt Wärme fast doppelt so gut, ist aber schwerer und teurer, ideal bei sehr hohen Leistungsdichten. Edelstahl bietet hervorragende Korrosionsbeständigkeit für aggressive Medien oder Reinwasseranwendungen.
4
Fertigungsverfahren: Eingepresste Rohre oder Innenstrukturen
Eingepresste Rohre (Monopress, Interpress) übertragen Wärme sehr zuverlässig und sind für viele Standardanwendungen ideal. Gefräste oder eingesetzte Kanal- und Pinstrukturen (Structureflow) ermöglichen maximalen Wärmeübergang durch turbulente Strömung, bei gleichzeitig höherem Druckverlust.
5
Dichtheit und Qualitätssicherung
Jeder COOLTEC-Flüssigkeitskühler wird auf Dichtheit geprüft, vom Standarddrucktest bis zum hochpräzisen Heliumlecktest. Dichtheit ist besonders bei sensiblen Umgebungen wie Elektronik, Lebensmitteltechnik oder Medizintechnik geschäftskritisch.

Passende Flüssigkeitskühler-Bauweisen

Diese drei Bauweisen eignen sich besonders für anspruchsvolle Leistungsdichten:

Einseitig eingepresst Monopress

Einseitig eingepresste Kupfer-, Aluminium- oder Edelstahlrohre. Bewährt, zuverlässig und in vielen Materialvarianten verfügbar. Ideal für hohe Verlustleistungen mit standardisierten Kühlkreisläufen.

Innenstrukturiert Structureflow

Innenstrukturierte Kühlplatten mit gefrästen oder eingesetzten Kanal- oder Pinstrukturen. Höchster k-Wert, ideal für Hotspot-Kühlung und maximale Leistungsdichten.

Innenliegend Interpress

Innenliegend eingepresste Rohre für gleichmäßige beidseitige Bauteilkühlung. Besonders geeignet, wenn Bauteile auf beiden Seiten einer Grundplatte thermisch angebunden werden müssen.