Passive und aktive Kühlkonzepte
Kühle Elektronik lebt länger
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Forcierte Konvektion mittels Lüfteraggregaten
Entwärmungskonzepte für elektronische Bauteile und Komponenten erhalten hinsichtlich der Wärmeabfuhr eine massive Effizienzsteigerung, wenn man dafür Lüfteraggregate (Bild 4) verwendet. Letztere sind auf dem Markt in unterschiedlichsten Ausführungen erhältlich. Die Effektivität dieser Aggregate für die erzwungene Konvektion ist jedoch nur dann maximal, wenn die Geometrie und die Oberfläche der Wärmetauschbereiche mit dem verwendeten Lüftermotor und dessen Leistungsfähigkeit hinsichtlich Luftvolumen und -druck aufeinander abgestimmt sind.
In Analogie zu den bereits genannten Strangkühlkörpern für die freie Konvektion basieren Lüfteraggregate ebenfalls auf diesem Wirkprinzip des Wärmeübergangs. Nur wird hierbei eine starke, durch Lüftermotoren erzeugte Luftströmung in gerichteter Form durch eine geschlossene Wärmetauschstruktur geleitet. Diese Struktur, der sogenannte Rippentunnel, kann in einem Stück als Strangpressprofil oder auch mit Hilfe einzelner Längssegmente oder Hohlrippen hergestellt werden. Die Produktgruppe der Lüfteraggregate enthält neben den Kühlkörperlüfteraggregaten, bei denen ein klassischer Kühlkörper mit einem Lüftermotor versehen wird, auch die sogenannten Miniatur- und Segmentlüfteraggregate. Miniaturlüfteraggregate, hergestellt aus einem Aluminiumprofil, bieten dem Anwender aufgrund der sehr kompakten Bauweise die Möglichkeit, diese direkt auf der Leiterplatte zu integrieren. Die Befestigung der elektronischen Bauelemente erfolgt anhand einer speziellen, im Kühlkörper integrierten Nutgeometrie, in welche besondere Transistorhaltefedern zur Bauteilfixierung eingerastet werden. Die modular aufgebauten Segmentlüfteraggregate indes bestehen aus einzelnen stranggepressten Kreis- oder Viertelsegmenten, welche zusammengesetzt den Rippentunnel ergeben. Als Besonderheit können die einzelnen Segmente, auf denen die zu entwärmenden Bauteile montiert sind, untereinander sowohl thermisch als auch elektrisch isoliert werden.
Die Anforderung nach größeren Halbleitermontageflächen und höheren abzuführenden Verlustleistungen wird durch den Einsatz der sogenannten Hohlrippenlüfteraggregate erfüllt. Hohlrippen, welche mit einer feinen Kannelierung versehen sind, bilden die Innenstruktur des Lüfteraggregates. Diese werden mechanisch – mit Hilfe spezieller Vorrichtungen und Werkzeuge – formschlüssig und wärmetechnisch optimiert in ein Basisprofil eingepresst, das ebenfalls aus stranggepresstem Aluminium besteht. Aufgrund der Struktur wird innerhalb der Hohlrippe eine verbesserte, turbulente Luftströmung erzielt. Auf diese Weise entstehen ein besserer Wärmeübergang von den Rippen zur durchströmenden Luft und zugleich eine Steigerung der Wärmeabfuhr.
Entwärmungskonzepte für hohe Leistungsklassen und erzwungene Konvektion liefern verschiedenartige Varianten eines Lüfteraggregates, welche – je nach Leistungsklasse – unter Verwendung von Axial-, Radial- oder Diagonallüftermotoren umgesetzt werden. Einseitig oder auch doppelseitige, dicke Basisplatten sorgen für eine gute Wärmespreizung und dienen zugleich als Montagefläche für die zu entwärmenden elektronischen Komponenten. Die technische Realisierung der unterschiedlichen Lüfteraggregate ist auf die vielfältigen Einsatzbedingungen sowie die elektronischen Bauteile und deren abzuleitende Verlustleistungen hin abzustimmen. In die Auswahl geeigneter Lüfteraggregate sollten dabei weitere Randparameter wie Wirtschaftlichkeit, Platzbedarf und Gewicht mit einfließen.
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