Kalt fließgepresste Kühlkörper verfügen über herausragende thermische Eigenschaften

Kalt fließgepresste Kühlkörper verfügen über herausragende thermische Eigenschaften CTX Thermal Solutions

Das formgebende Verfahren des Fließpressens findet vor allem zur Verarbeitung von Reinaluminium (AL1070/AL1050), aber auch von Reinkupfer (CU1100/CU1020) Verwendung. Dazu wird ein flacher Metallrohling, der in etwa das gleiche Volumen wie das fertige Produkt besitzt, bei Raumtemperatur unter hohem Druck zum Fließen gebracht. Das Material füllt dabei sukzessive alle Hohlräume des Formwerkzeugs aus. Obwohl typischerweise rund und symmetrisch aufgebaut, sind auch individuell geformte Fließpressteile herstellbar.

Eckdaten

Wenn besonders viel Hitze abzuführen ist, kommen Kühlkörper aus reinem Kupfer (C1100, C1020) zum Einsatz, deren Wärmeleitfähigkeit mit 400 W/mK die von Reinaluminium noch einmal deutlich übersteigt. Daher verwendet man Kühlkörper mit Kupferbodenplatten bevorzugt für die Kühlung von leistungsstarken IGBT-Modulen.

Fließpressteile zeichnen sich durch zahlreiche positive Eigenschaften aus. Zum einen ist ihre Materialstruktur extrem homogen und dicht, da der spezielle Umformprozess die Bildung von Luftblasen und Lunkern sowie den Einschluss von Fremdkörpern verhindert. Desweiteren ist als Konsequenz des besonders homogenen und dichten Gefüges die thermische Leitfähigkeit des fertigen Produkts höher als die des Rohmaterials. Außerdem sind Oberflächenqualität und Formgenauigkeit so hoch, dass eine mechanische Nachbehandlung nur in ganz wenigen Anwendungsfällen erforderlich ist.

Projektspezifische LED-­‐Kühlkörper sind in den unterschiedlichsten Formen und mit exzellenter Wärmeleitfähigkeit verfügbar.

Projektspezifische LED-­‐Kühlkörper sind in den unterschiedlichsten Formen und mit exzellenter Wärmeleitfähigkeit verfügbar. CTX Thermal Solutions

Kalt fließgepresste Kühlkörper: effizient und gestalterisch vielfältig

Aufgrund dieser Charakteristiken eignet sich das Verfahren des Fließpressens ideal für die Herstellung von leistungsstarken Stift-Kühlkörpern für die Entwärmung von Hochleistungs-LEDs. Überdies können kalt fließgepresste Kühlkörper in vielen Anwendungen kleinere Aluminium-Druckguss-Kühlkörper ersetzen. Dabei bietet sich das Verfahren des Fließpressens besonders für die Produktion kleiner projektspezifischer Serien an. Der Formgebung der Stifte und Rippen sind hierbei kaum gestalterische Grenzen gesetzt: Von zylindrischen Stiften über dünne Lamellen bis hin zu quadratischen Stab- oder hexagonalen Säulenformen ist alles möglich. Die minimale Dicke der Kühlstifte kann dabei bis zu 0,7 mm betragen, bei einer Minimaldistanz zwischen den einzelnen Stiften von 1,0 mm. Die dünnen und dicht gesetzten Rippen vergrößern die kühlende Oberfläche wesentlich und unterstützen damit die Konvektion. Da sich die Luft in kalt fließgepressten Kühlkörpern zudem in drei Richtungen bewegt, statt nur in zwei Dimensionen wie in extrudierten Kühlkörpern mit langen Kühlrippen, ist ihre Kühlleistung höher.

Der Formgebung fließgepresster Kühlkörper sind kaum Grenzen gesetzt.

Der Formgebung fließgepresster Kühlkörper sind kaum Grenzen gesetzt. CTX Thermal Solutions

Auch für die Kühlkörperform besteht ein großer Spielraum. Ob große Bodenplatten mit kurzen oder langen Stiften, Aussparungen im Stiftbett oder aus zwei Fließpressteilen mit innenliegenden Kühlstiften gelötete Flüssigkeitskühlkörper – fast alles ist machbar. Damit lassen sich auch Flüssigkeitskühlkörper im Fließpressverfahren fertigen. Statt Kühlrohre mechanisch einzubringen oder Kühlkanäle in Kühlplatten zu fräsen, formt man den Kühlkörper so aus, dass die Stifte innen liegen und man ihn lediglich mit einem Deckel verlöten muss. Bei wesentlich niedrigeren Fertigungskosten liefern sie eine vergleichbare bis bessere Kühlleistung als herkömmliche Flüssigkeitskühlkörper derselben Größe.

Auch Kombinationen aus einer Kupferbodenplatte mit Kühlstiften aus Reinaluminium zur schnelleren Wärmeabfuhr sind per Kaltfließpressen darstellbar.

Auch Kombinationen aus einer Kupferbodenplatte mit Kühlstiften aus Reinaluminium zur schnelleren Wärmeabfuhr sind per Kaltfließpressen darstellbar. CTX Thermal Solutions

Präzise Formgebung

Überdies lassen sich Basis und Stifte des Kühlkörpers entsprechend des zu kühlenden elektronischen Bauteils formen, um auf diese Weise den Kontakt zwischen Bauteil und Kühlkörper zu optimieren. Da das Fließpressen zu einer hochpräzisen Formgebung führt, gelangt die Wärme des zu kühlenden elektronischen Bauteils direkt ohne jeden Mediator und damit ohne zusätzlichen Widerstand in die Kühlrippen. Dadurch zeichnen sich fließgepresste Kühlkörper beispielsweise gegenüber Druckgusskühlkörpern sowie gefrästen und gelöteten Kühlkörpern aus, bei denen sich durch das Herstellungs- oder Fügeverfahren Lücken oder eine Luftschicht zwischen Bauteil und Kühlkörper und damit ein höherer thermischer Widerstand nicht ausschließen lassen.

Neben der hohen Formtreue zeichnen sich die fließgepressten Kühlkörper auch durch eine besonders glatte Oberfläche aus. Sie lassen sich durch Anodisieren wahlweise silbern, schwarz, rot oder weiß färben oder auch elektrolytisch vernickeln – ohne Einschränkungen der Kühlleistung.

Kleiner dimensionierbar, geringere Kosten

Leistungsstarke fließgepresste Stiftkühlkörper führen die Wärme von Hochleistungs-LEDs wirkungsvoll ab und verlängern so deren Lebensdauer.

Leistungsstarke fließgepresste Stiftkühlkörper führen die Wärme von Hochleistungs-LEDs wirkungsvoll ab und verlängern so deren Lebensdauer. Fotolia

Im Fließpressverfahren produzierte Kühlkörper bestehen aus Reinaluminium oder Reinkupfer. Ihre thermische Leitfähigkeit ist mit 226 W/mK deutlich höher als jene von Aluminiumdruckguss-Kühlkörpern (96 W/mK) und extrudierten Aluminiumkühlkörpern (155 bis 200 W/mK). Bei gleichem Kühlkörper-Design und -Volumen besitzt ein kalt fließgepresster Kühlkörper daher eine deutlich höhere Kühlleistung als ein Al-Druckguss- oder ein extrudierter Al-Kühlkörper. Er ist beispielsweise in der Lage, eine 5-Watt-LED-Leuchte zu kühlen, während ein Al-Druckguss-Kühlkörper gleichen Designs lediglich eine 3-Watt-LED entwärmt. Oder anders ausgedrückt: kalt fließgepresste Kühlkörper können wesentlich kleiner dimensioniert werden als Druckguss- oder extrudierte Al-Kühlkörper. Daher lassen sich auch die LED-Lampen und das Zubehör kleiner auslegen, was zu deutlichen Kosteneinsparungen führt.

Zugleich ist ein kaltfließgepresster Al-Kühlkörper zweimal leichter als ein Al-Druckgusskühlkörper. Da auch die Werkzeugkosten rund 10 bis 20 % unter denen für Druckgussverfahren liegen, sind kaltfließgepresste LED-Kühlkörper trotz des Einsatzes des teureren Reinaluminiums insgesamt um 20 % günstiger als herkömmliche Al-Druckgusskühlkörper, die bisher für den gleichen Zweck zum Einsatz kamen.

Fazit

Eigenschaften wie hohe Wärmeleitfähigkeit und -verteilung sowie eine präzise gearbeitete Oberfläche sind entscheidend für die effiziente Kühlwirkung eines Kühlkörpers. Kalt fließgepresste Kühlkörper bringen in all diesen Bereichen exzellente Werte mit. Ihre Kühlleistung ist daher 200 % höher als die gleichdimensionierter Druckgusskühlkörper und 100 % höher als die extrudierter Kühlkörper. Damit gelten kaltfließgepresste Kühlkörper aktuell als die beste Kühllösung für Hochleistungs-LED-Leuchten.