anwendungsspezifisch dimensionieren Flüssigkeitskühlung für Hochleistungselektronik

Lüftergestützte Kühllösungen in der Hochleistungselektronik.
Lüftergestützte Kühllösungen in der Hochleistungselektronik.

Hochleistungselektronik-Module, wie sie in der Industrie zum Einsatz kommen, verursachen oft erhebliche Abwärme. CTX Thermal Solutions bietet deshalb für Anwendungen, bei denen passive oder lüftergestützte Kühllösungen an ihre Grenzen stoßen, effiziente Flüssigkeitskühlungen an.

Je nach Verlustleistung kommen bei Kühllösungen unterschiedliche Bauweisen zum Einsatz. Dies erklärt auch Wilfried Schmitz, Geschäftsführer der CTX Thermal Solutions, immer wieder bei Kundengesprächen: "Bei der Wahl eines geeigneten Kühlkörpers muss relativ früh festgelegt werden, ob das kühlende Bauteil eine passive, aktive Lüfter- oder gar Flüssigkeitskühlung erfordert". So werden bei relativ geringer Abwärme im Idealfall passive Kühlkörper eingesetzt. Diese arbeiten mit einer großen Oberfläche, über welche die Wärme lautlos abgeführt wird. Bei höherer umgesetzter Leistung hingegen werden aktive Kühllösungen notwendig. Hierbei führt ein Lüfter bestimmte Luftmengen an dem Kühlkörper vorbei, um die entstehende Wärme aktiv abzuführen.

Bei gleicher Luftmenge jedenfalls arbeiten aktive Kühler rund sechsmal effektiver als passive. Zugleich können sie kompakter gebaut werden. Der Nachtteil ist allerdings die nicht vermeidbare Geräuschentwicklung. Wenn passive Systeme und selbst aktive Lüfterkühlungen einmal an ihre Grenzen stoßen, wird der Einsatz von Flüssigkeitskühlungen sinnvoll bzw. unumgänglich. Sie bilden aktuell die obere Leistungsklasse der Kühlkörpertechnik.

Flüssigkeitskühlungen - effizienter als lüftergestützte Lösungen

Da Wasser eine um den Faktor 4000 höhere spezifische Wärmekapazität als Luft aufweist, lässt sich die Abwärme mit diesem Konzept erheblich effizienter ableiten. Ein weiterer Vorteil ist, dass Flüssigkeitskühlkörper mit sehr geringen Übertragungsflächen auskommen. Die Kühllösungen können somit sehr kompakt gebaut und die Abmessungsvorgaben der zu kühlenden Baugruppen in vielen Fällen eingehalten werden. Ein typischer Einsatzfall für Flüssigkeitskühlkörper sind beispielsweise Hochleistungsprozessoren. Diese produzieren bisweilen eine Verlustleistung von 100 W und müssen mit Kühllösungen gekoppelt werden, welche die Abwärme schnell abführen. Ein Portfolio an besonders innovativen und effizienten Flüssigkeitskühlungen bietet CTX mit dem System SuperPlate seines Partners Pada. Das System (Bild 1) besteht aus Zirkulationspumpe, Ausgleichsbehälter, Wärmetauscher und dem eigentlichen Superplate - einer Kühlplatte aus Aluminium oder Kupfer. Die Kühlplatten sind mit kernlochgebohrten oder extrudierten Kühlkanälen und mit seitlichen Verschraubungen zur Realisierung des Wasserkreislaufs versehen. Alternativ zu den Aluminium- oder Kupfer-Kühlplatten bietet CTX auch Aluminiumplatten mit eingepresstem Kupfer- oder Edelstahlrohr an.

SuperPlate kommt mit einer vergleichsweise geringen Übertragungsoberfläche aus und verfügt zudem über einen kompakten Aufbau.Der Hersteller unterscheidet - je nach Art der verwendeten Technologie - folgende Varianten: