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www designelektronik de DESIGN&ELEKTRONIK 11 2020 11 ■ Herstellung von Strangkühlkörpern Kühlkörper aus Aluminium physikalisch als Wärmesenke bezeichnet werden in der Literatur als mechanisches Teil bestehend aus einem wärmeleitfähigen Material beschrieben das wärmeleitend mit einem elektronischen Bauteil kontaktiert wird Gemäß dem Wirkprinzip der natürlichen Konvektion nimmt der Kühlkörper als Oberflächenvergrößerung die entstehende Verlustwärme vom Bauteil auf und leitet diese über die jeweilige Rippenstruktur an die Umgebung ab Als allgemeingültige Basisdefinition lässt sich ein Kühlkörper als eine Fläche mit einer Rippenstruktur zur Oberflächenvergrößerung gemäß dem Patent zur Erfindung der Kühlrippe von Franz Pichler aus dem Jahr 1892 verstehen Der Wärmeübergang von einem festen Körper zur umgebenden Luft ist umso besser je größer die wärmeübertragende Oberfläche des abstrahlenden Körpers ist Die Entwärmung bei freier Konvektion z Bdurch einen Strangkühlkörper erfolgt durch von Temperaturunterschieden hervorgerufene Dichteunterschiede der umgebenden Luft Als konvektiver Wärmeaustausch entsteht ein Auftrieb da erwärmte Luft spezifisch leichter ist und kühlere Luft nachströmen kann sodass sich die Luft kontinuierlich umwälzt Zur Vergrößerung der genannten Wärmetauschfläche wird bei einem Kühlkörperdesign stets versucht die Oberflächenstruktur möglichst groß zu gestalten Gemäß physikalischer Gesetze ist es allerdings nicht möglich diese unendlich auszuschöpfen da sich gewisse Faktoren wie z Bdie Überlagerung von Grenzschichten negativ auf die thermische Leistungsfähigkeit eines Kühlkörpers auswirken Strangkühlkörper bestehen hauptsächlich aus speziellen Aluminiumlegierungen die besonders auf die Herstellungsweise abgestimmt sind Neben der thermischen Performance zeichnen sie sich durch ein gutes Verhältnis zwischen Preis Leistung Volumen und Gewicht aus Die beim Strangpressen zum Einsatz kommenden Aluminiumlegierungen bestehen überwiegend aus Aluminium Magnesium sowie Silizium und werden in Europa als ENAW-Legierung bezeichnet Hierbei steht die Abkürzung EN-AW für Europäische Norm und Aluminum Wrought übersetzt Knetlegierung Im Strangpressverfahren hergestellte Kühlkörperprofile für die Entwärmung elektronischer Bauteile im industriellen Bereich bestehen vorrangig aus der Aluminiumlegierung EN AW 6060 oder EN AW 6063 Sonderlegierungen mit abweichenden Bestandteilen oder Festigkeitswerten können unter gewissen Voraussetzungen als Pressbolzen hergestellt werden bedürfen allerdings einer genauen Prüfung und sind stark tonnageabhängig Klassische Strangkühlkörper werden im Extrusionsverfahren hergestellt beim Umformen wird also ein erwärmter Pressbolzen der Knetlegierung ca +480 °Cdurch eine Matrize mit eingebrachter Kühlkörpergeometrie im Negativ gepresst Bild 2 Kühlkörper sind oftmals in elektronischen Geräten verbaut und müssen stets in Zusammenhang mit anderen Bauteilen betrachtet werden da diese aufgrund ihrer Herstellungsweise internationalen Normen obliegen Die geltenden DINNormen beschreiben für jede Abmessung und Kontur ein zulässiges Toleranzfeld das je nach Größe des Kühlkörperprofils einige wenige zehntel bis zu etlichen Millimetern betragen kann Neben der gewünschten Kühlkörperbreite und Rippenhöhe den einzelnen Rippendicken sowie -abständen zueinander sind gleichfalls als wichtiges Merkmal die Winkelabweichung Neigung Verwindung und Planparallelität die Wanddickentoleranz und Wölbung konvex konkav der Bodenfläche des Kühlkörpers zu berücksichtigen Strangpressprofile die durch einen umschreibenden Kreis von 350 mm passen werden als Präzisionsprofil bezeichnet die möglichen Toleranzfelder sind in der DIN EN 12020 aufgeführt ExtrusionsproBild 1 Extrusionskühlkörper in unterschiedlichen Ausführungen liefern effiziente Entwärmungslösungen für die freie Konvektion Bild 2 Um zusätzliche Verformungen beim Strangpressen zu vermeiden werden die hergestellten Profile direkt am Pressenmund gekühlt