Alutronic Kühlkörper Stiftkühlkörper für Leistungselektronik-Applikationen

Die Alutronic Kühlkörper GmbH hat Stiftkühlkörper im Programm, die auch in Leistungsklassen mit einer Abwärme von über 500 W eingesetzt werden können.
Die Alutronic Kühlkörper GmbH hat Stiftkühlkörper im Programm, die auch in Leistungsklassen mit einer Abwärme von über 500 W eingesetzt werden können.

Die Alutronic Kühlkörper GmbH und Co. KG hat Stiftkühlkörper in 50 verschiedenen Standardausführungen im Programm, die unter anderem in den Leistungsklassen mit einer Abwärme über 500 W, eingesetzt werden können.

In vielen Anwendungsfällen bieten Stiftkühlkörper wirtschaftlich, konstruktiv und thermisch klare Vorteile gegenüber Strangpressprofilen. Gerade für Leistungsmodule mit hoher Verlustleistung waren jedoch bislang als Standard keine Modelle in der erforderlichen Größe erhältlich. Seit Anfang 2014 hat die Alutronic Kühlkörper GmbH und Co. KG Stiftkühlkörper in 50 verschiedenen Standardausführungen im Programm, die unter anderem  in den Leistungsklassen mit einer Abwärme über 500 W, eingesetzt werden können.  Hinsichtlich Bearbeitung, Oberflächenveredelung, Befestigung und Zubehör können kundenspezifische Anpassungen vorgenommen werden – auch für kleine und mittlere Serien.

Das angewandte Fließpressverfahren und die resultierende hohe Materialdichte der Stiftkühlkörper in nahezu reiner Aluminiumlegierung (Al 99,5) sorgen für eine Wärmeleitung von bis zu 236 W/mK. Gleichzeitig erlaubt es eine optimale Wärmeverteilung, da das Material in Wärmefluss- und Materialflussrichtung –  von der Basis bis in die Stiftenden – dieselbe Struktur aufweist.  Für den optimalen Wärmeeintrag in die Basisfläche sorgt die standardmäßige Ebenheit der Montagefläche von weniger als 0,1 mm. Erhältlich als Round- oder Square-Cut, sind die 50 neuen Stiftkühlkörper hinsichtlich ihrer Abmessungen, aber auch was die Stiftdichte betrifft, größer als bisher von deutschen Herstellern erhältlich. Durch neue Werkzeugtechnik sind die Stiftkühlkörper mit einer Montagefläche von bis zu 160 x 260 mm und eine Gesamthöhe von 40 mm aus einem Stück herstellbar.

Schnelle Wärmespreizung auf kleinem Raum

Bei dem bislang größten Standard-Stiftkühlkörpern von Alutronic finden auf einer Fläche von 120 x 200 mm2 1.215 Stifte mit einem Durchmesser von 3,2 mm und einer Stifthöhe von 30 mm Platz. Die Bodenstärke beträgt in dieser Dimension 10 mm. Zur Veranschaulichung: Das sind neun Stifte auf 12 x 12 mm, wobei der Abstand zwischen den Stiften 1,2 mm beträgt. Bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C und einer Temperatur der Sperrschicht von 80 °C, was einer Differenz von 55 K entspricht, wäre ein solcher Stiftkühlkörper bei natürlicher Konvektion für maximal 60 W Abwärme oder 0,91 K/W geeignet. Der Vorteil gegenüber stranggepressten Kühlkörpern ist in diesem Fall die schnelle Wärmespreizung an der Kontaktfläche. Einen herausragenden Vorteil bieten die Stiftkühlkörper allerdings in Verbindung mit forcierter Konvektion.

Dafür kommen zwei Varianten in Frage: Die Belüftung quer zu den Stiften und die Belüftung mittels einer Lüftung von oben, also mit der Stiftrichtung. Simulationen über alle Stiftkühlkörper im Standardangebot der Firma Alutronic haben ergeben, dass die abführbare thermische Energie bei in Stiftrichtung montiertem Lüfter im Vergleich zu natürlicher Konvektion das Fünf- bis Neunfache beträgt. Wenn quer belüftet werden kann, verbessert sich die Wärmeleitung im Vergleich zur Belüftung in Stiftrichtung noch um weitere 20 bis 40 Prozent. Bei einem Luftdurchsatz von 2 m/s quer zur  Stiftrichtung können bei dem größten Standardmodell mit 1.215 Pins 550 W abgeführt werden. Das entspricht bei einem Delta von 55 K einem RthK-Wert von 0,1 K/W. Das Gewicht des Kühlkörpers liegt in diesem Fall bei 1,6 kg. Eine Entwärmungslösung auf Basis eines stranggepressten Profils wäre mehr als fünfmal so groß und unter 15 kg Kühlkörpergewicht kaum machbar. Mit den Powerblocs lässt sich also erheblich Platz und Gewicht sparen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Lüftung von oben zwar weniger effizient ist als von der Seite, aber mechanisch einfacher, da nicht erst ein Windkanal geschaffen werden muss. Bei größeren Abmessungen, die von der Seite belüftet werden sollen, ermöglicht ein Trichter für die Luft eine turbulentere Durchströmung und damit eine bessere Wärmeübergabe. Hierbei gilt es allerdings zu beachten, dass der Lüfter einen relativ hohen Druck aufbauen muss, um den Luftdurchsatz zu gewährleisten, der nötig ist, um die thermische Energie durch den relativ geringen Querschnitt abzutragen.