Temperatur fällt
Wir bieten unseren Kunden Wärmemanagementlösungen und -produkte in verschiedenen Bereichen an. In einigen Spezialbereichen ermöglichen uns unsere technischen Fachkenntnisse und Fähigkeiten, zahlreiche Probleme unserer Kunden effektiv zu lösen.
Kühlkörper mit geschälten Lamellen
Kühlkörper des Heatpipe-Moduls
Extrusionskühlkörper
Epoxid-Kühlkörper
Druckguss-Kühlkörper
Kaltschmiede-Kühlkörper
Was ist ein Kühlkörper?
Wenn ein elektronisches Bauteil Wärme erzeugt, kommt der Kühlkörper in direkten Kontakt damit. Die Wärme wird durch Wärmeleitung vom Heizelement zum Heizkörper übertragen. Zur Herstellung von Kühlkörpern werden häufig Metalle mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Aluminium und Kupfer verwendet. Dadurch kann die Wärme schnell aufgenommen und im gesamten Kühlkörper verteilt werden.
Kühlkörper haben eine große Oberfläche, meist in Form von Lamellen. Wenn die beheizte Oberfläche des Kühlkörpers die Umgebungsluft erwärmt, gewinnen die Luftmoleküle Energie, ihre Dichte nimmt ab und sie steigen auf. Anschließend strömt kühlere Luft nach und ersetzt die aufsteigende heiße Luft. Dieser Luftzirkulationsprozess verstärkt den Konvektionseffekt, wodurch die Wärmeableitung deutlich verbessert und elektronische Komponenten auf einer sicheren Betriebstemperatur gehalten werden können. Ein Kühlkörper ist ein Gerät zur Senkung der Innentemperatur elektronischer Komponenten.
Wie entwirft man einen Kühlkörper?
Bei der Konstruktion eines Kühlkörpers müssen viele Aspekte berücksichtigt werden. Unter anderem sind die folgenden wichtigen Parameter zu berücksichtigen:
Anforderungen an die Wärmeableitung
Definieren Sie die Parameter für Leistung, Wärmeerzeugung und maximal zulässige Betriebstemperatur der Geräte oder Komponenten, die eine Wärmeableitung erfordern, klar, um die erforderliche Wärmeableitungskapazität des Kühlkörpers zu bestimmen.
Platzbeschränkungen
Berücksichtigen Sie die Größe und Form des Raums, in dem der Kühlkörper installiert wird, um sicherzustellen, dass der entworfene Kühler ordnungsgemäß in das Gerät eingebaut und angepasst werden kann.
Umweltbedingungen
Machen Sie sich mit Temperatur, Luftfeuchtigkeit und anderen Bedingungen der Nutzungsumgebung vertraut, um geeignete Materialien, Wärmeableitungsmethoden und Oberflächenbehandlungen für den Kühlkörper auszuwählen.
Wie wählt man die richtige Wärmeableitungsmethode?
Bei der Konstruktion eines Kühlkörpers ist es sehr wichtig, seine Leistung zu berücksichtigen und die Konstruktionsmethode basierend auf der Leistung zu bestimmen. Unter diesen sind der natürliche Konvektionskühlkörper, der Zwangsluftkühlkörper und die Flüssigkeitskühlplatte die drei grundlegendsten Wärmeableitungsmethoden.
Natürliche Konvektionswärmeableitung
Geeignet für Anwendungen mit geringer Wärmeentwicklung, Platzangebot und strengen Geräuschanforderungen. Der natürliche Luftstrom dient der Wärmeabfuhr. Radiatoren sind üblicherweise mit großen Wärmeableitungsflächen und Lamellen ausgestattet. Diese Art von Kühlkörper wird üblicherweise durch Druckguss- und Kaltschmiedeverfahren hergestellt, ähnlich wie LED-Beleuchtung. Mainboard-Chips unter 10 W nutzen diese natürliche Konvektionsmethode zur Wärmeableitung.
Zwangsluftkühlung zur Wärmeableitung
Bei einer relativ hohen Wärmeleistung des Systems oder Chips (in der Regel über 50 W) kann die natürliche Konvektion die Wärmeableitungsleistung nicht gewährleisten. Daher ist es notwendig, den Lüfter zu erhöhen, um den Luftstrom zu fördern und die Wärme von der Oberfläche des Kühlkörpers abzuleiten. Dadurch wird die Temperatur des Chips gesenkt, was die Wärmeableitungseffizienz deutlich verbessern kann. Die beiden wichtigsten Faktoren sind die Spezifikationen und Parameter von Kühler und Lüfter. Ein optimiertes Design beider Komponenten ist die perfekte Lösung.
Wärmeableitung der Flüssigkeitskühlplatte
Aufgrund der hohen Leistungsdichte von Chips können herkömmliche Wärmeableitungsmethoden die Anforderungen nicht erfüllen. Daher ist eine effiziente Flüssigkeitskühlplatte erforderlich, um dieses Wärmeproblem zu lösen. Die Wärme wird durch Flüssigkeitszirkulation abgeführt, die eine hohe Wärmeableitungseffizienz aufweist und für Geräte mit hoher Wärmeentwicklung geeignet ist. Das System ist jedoch relativ komplex und teuer. Dies erfordert eine umfassende Betrachtung und Entwicklung der optimalen Lösung. Walmate verfügt über ein Team erfahrener Ingenieure, die Kunden die beste Designlösung bieten können.
Wie berechnet man die Wärmeableitungskapazität eines Kühlkörpers?
Die Berechnung erfolgt über die Wärmebilanzformel Q = h*A*Delta T. Dabei ist Q die Wärmeableitungsmenge, h der Oberflächenwärmeübergangskoeffizient, A die Wärmeableitungsfläche und \Delta T die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche des Kühlkörpers und der Umgebung. Alternativ lässt sich die Berechnung auch über den Wärmewiderstand durchführen. Je kleiner der Wärmewiderstand, desto höher die Wärmeableitungskapazität. Der Wärmewiderstand R=Delta T/Q. Es gibt jedoch noch weitere Einflussfaktoren auf den Kühlkörper.
Materialeigenschaften: Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten. Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer und Aluminium, weisen eine bessere Wärmeableitungsleistung auf. Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer beträgt etwa 401 W/(m∙K), die von Aluminium etwa 237 W/(m∙K). Bei der Materialauswahl des Heizkörpers müssen Faktoren wie Kosten und Gewicht umfassend berücksichtigt werden.
Luftströmungsbedingungen: Die Luftströmungsgeschwindigkeit hat einen wichtigen Einfluss auf die konvektive Wärmeableitung des Heizkörpers. Bei erzwungener Konvektion ist die Luftströmungsgeschwindigkeit hoch, der Oberflächenwärmeübergangskoeffizient h steigt und die Wärmeableitungsleistung wird verbessert. Bei natürlicher Konvektion beeinflussen Faktoren wie die Einbaulage des Heizkörpers und der umgebende Raum den natürlichen Luftstrom und damit die Wärmeableitung.
Konstruktiver Aufbau des Heizkörpers: Eine sinnvolle Konstruktion kann die Wärmeableitung verbessern. Parameter wie Form, Abstand und Höhe der Lamellen beeinflussen die Wärmeableitungsfläche und den Luftstrom. Ein Stiftlamellenkühler hat bei gleichem Volumen eine größere Wärmeableitungsfläche als ein Flachlamellenkühler, allerdings kann auch der Luftstromwiderstand höher sein. Durch optimiertes Design muss der optimale Ausgleichspunkt gefunden werden.
