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Alutronic

Stiftkühlkörper für die Leistungselektronik

25. September 2014, 11:14 Uhr | Alfred Goldbacher

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Schnelle Wärmespreizung auf kleinem Raum

Bei dem bislang größten Standard-Stiftkühlkörper von Alutronic finden auf einer Grundfläche von 120 mm × 200 mm 1215 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 mm × 12 mm, wobei der Abstand zwischen den Stiften 1,2 mm beträgt. Bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C und einer Sperrschichttemperatur 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:

Belüftung quer zu den Stiften
Belüftung mittels einer Lüftung von oben, also mit der Stiftrichtung

Simulationen über alle Stiftkühlkörper im Alutronic-Standardangebot 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 nochmals um weitere 20 bis 40 %. Bei einem Luftdurchsatz von 2 m/s quer zur Stiftrichtung können bei dem größten Standardmodell mit 1215 Pins bis zu 550 W abgeführt werden. Das entspricht bei einer Temperaturdifferenz von 55 K einem Wärmewiderstand 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 lassen 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.