Kühlkörper

Leistungsstarke Halbleiter-Bauelemente haben gewöhnlich nur sehr geringe Abmessungen, erzeugen aber dennoch eine gewisse Abwärme. Auch besonders leistungsstarke LEDs benötigen eine zusätzliche Kühlung. Aufgrund der kleinen Oberfläche ist in vielen Fällen selbst ein kontinuierlicher Luftstrom nicht ausreichend, um die Abwärme zu senken oder abzuführen. Aus diesem Grund setzt man Kühlkörper ein. 

Mit ihren Rippen oder Verästelungen sorgen sie für eine Vergrösserung der Oberfläche und geben die aufgenommene Wärme darüber an die Umgebungsluft ab. 

Damit ein Profilkühlkörper möglichst effektiv arbeitet, kommt dem Material, aus dem er gefertigt wird, eine besondere Bedeutung zu. Wichtig ist, dass das verwendete Metall eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die meisten Kühlkörper bestehen daher aus Aluminium oder Kupfer.

Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient λ (Lambda) von Aluminium liegt bei 234, während der von Kupfer 398 beträgt. Noch bessere Wärmeleiter sind nur Silber (429 λ) und Diamant (2300 λ). Ein Einsatz als Kühlkörper ist allerdings schon aufgrund des Materialpreises nicht einmal ansatzweise wirtschaftlich. 

Aluminium und Kupfer haben beide spezielle Vorteile: Während Aluminium eine sehr gute Wärmeabgabe an die Umgebung bietet, weist Kupfer eine deutlich bessere Wärmeaufnahme und Wärmeleitfähigkeit auf. In unserem Sortiment finden Sie eine grosse Auswahl an verschiedenen Kühlkörpern und Kühllamellen für eine Vielzahl verschiedener Anwendungsbereiche.

Eine einfachste Bauform stellt der passive Kühlkörper dar. Hier wird die Abwärme ohne zusätzlichen Lüfter an die Umgebung abgegeben. Aufgrund der guten Wärmeabgabe eignet sich Aluminium besonders gut für Kühlkörper dieser Bauart. 

Damit ein Alu-Kühlkörper sein volles Potenzial ausschöpfen kann, ist es wichtig, dass das Gehäuse, in dem sich das elektronische Bauteil befindet, über eine ausreichende Belüftung verfügt. Diese lässt sich entweder durch eine Zwangsbelüftung mit einem oder mehreren Lüftern oder über mithilfe des natürlichen Kamineffekts realisieren. Je höher die benötigte Wärmeabfuhr ist, desto grösser muss die Oberfläche des Aluminium-Kühlkörpers in Form von Kühl-Rippen oder Verästelungen sein.

Ein aktiver Kühlkörper wird von einem Lüfter unterstützt, der meist direkt auf den Kühlkörper geklemmt wird. Vergleicht man einen passiven Profilkühlkörper mit einem aktiven Modell der selben Grösse, wird der aktive Kühler immer eine höhere thermische Verlustleistung abführen können. Wegen der guten Wärmeaufnahme bietet sich Kupfer für einen aktiven Profilkühlkörper an. 

Bei besonders anspruchsvollen Kühllösungen kann statt eines Lüfters auch eine Flüssigkeit als Kühlmedium verwendet werden. In diesem Fall ist der Kühlkörper innen hohl und wird von der Kühlflüssigkeit durchströmt. Eine Pumpe sorgt dafür, dass das Medium im Kühlkreislauf stetig zirkuliert. Am Kühlkörper wird die Wärme von der Flüssigkeit aufgenommen und an einen Wärmetauscher weitergeleitet. Dort erfolgt die Abgabe der Wärme an die Umgebungsluft.

Kühlkörper können auf verschiedene Weise montiert werden. Alu-Aufsteck-Kühlkörper beispielsweise werden einfach auf ein Bauteil gesteckt. Meist ist ein Teil des Kühlerprofils federnd und hält so ohne weitere Hilfsmittel. 

Kleine Aluminium-Kühlkörper werden häufig direkt mit einem speziellen Wärmeleitkleber auf die Oberflächen der zu kühlenden Bauteile geklebt. Eine Demontage ist dann meist nur noch schwer möglich. Grössere Profilkühlkörper montiert man dagegen entweder mit einer Klemmvorrichtung oder mit Schrauben. 

Bei der Installation ist zudem wichtig, dass sich zwischen dem Kühlkörper und der Oberfläche des Bauteils immer Wärmeleitkleber, ein Wärmeleitpad oder Wärmeleitpaste befindet. Dadurch wird ein optimaler Wärmeübergang zum Aluminium-Kühlkörper erreicht, zudem können kleine Unebenheiten der Oberfläche ausgeglichen werden. Ohne Wärmeleitpad oder Wärmeleitpaste sinkt die zur Verfügung stehende Kühlleistung drastisch. Das passende Zubehör finden Sie in unserem Produktprogramm.

Beim Kauf von Kühlkörpern gilt es darauf zu achten, dass die zur Verfügung stehende Kühlleistung für den vorgesehenen Zweck ausreichend ist. Die thermische Leistung eines Kühlkörpers hängt von der Wärmeleitfähigkeit des Materials sowie von der Grösse der Oberfläche ab. Der Wärmeleitfähigkeit wird immer mit Rth angegeben. 

Um den passenden Kühlkörper zu finden, müssen die zu erwartende Abwärme und die maximal zulässige Temperatur des zu kühlenden Objekts bekannt sein. Zudem sollte in der Berechnung, speziell bei passiven Kühlkörpern, unbedingt auch die Umgebungstemperatur berücksichtigt werden. 

Ebenfalls wichtig sind die Abmessungen des Kühlkörpers. Häufig sind die Platzverhältnisse sehr beengt, daher müssen Durchmesser und Höhe exakt abgestimmt sein.