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Wissenswertes zu Kühlkörpern

Kühlkörper verhindern die Beschädigung elektronischer Bauteile durch Überhitzung, indem sie die Oberfläche zur Wärmeableitung vergrößern. Sie kommen zum Beispiel in Prozessoren, Generatoren, Computern, HiFi-Verstärkern und in Netzteilen sowie bei der Fernversorgung von Satelliten und Leuchttürmen mit elektrischem Antrieb zum Einsatz.

Wie funktionieren Kühlkörper?

Kühlkörper werden oft für Halbleiter verwendet, die ihre Abwärme nicht ausreichend selbstständig ableiten. Ein oder mehrere Produkte werden direkt am zu kühlenden Bauteil angebracht und vergrößern durch ihre ausästelnde Form die Oberfläche zur Übertragung der Abwärme in die Umgebungsluft oder eine Kühlflüssigkeit.

In Datenblättern wird für Bauelemente ohne Kühlkörper als Wärmewiderstand der gesamte Wärmewiderstand RthU angegeben, für Bauelemente mit entsprechender Kühlung aber nur der innere Wärmewiderstand RthG.

Ausführungen von Kühlkörpern

Grundsätzlich unterscheiden sich die Varianten vor allem im Hinblick auf das Material und die Form:

  • Material: Die meisten Kühlkörper sind aus Aluminium, da es sich hierbei um ein preiswertes Material mit guter Wärmeleitfähigkeit handelt. Kühlkörper aus Kupfer hingegen sind schwerer und teurer. Zum Ableiten von Wärme in der Leistungselektronik und bei LED-Anwendungen kommen neuerlich keramische Werkstoffe als Kühlkörper hinzu.
  • Form: Kühlkörper sollen die Oberfläche maximieren, um eine bessere Wärmeabgabe zu ermöglichen. Insofern kommen Finger, Rippen, Lamellen, gebogene Formen, sogenannte Kühlsterne und Kühlfahnen mit diversen Profilen zum Einsatz.

Kühlkörper aus eloxiertem Aluminium mit Lamellen nach außen

Wie finde ich den passenden Kühlkörper?

Für die freie Auswahl von Kühlkörpern stehen Ihnen in unserem Onlineshop diverse Suchkriterien zur Verfügung, die die Suche nach dem passenden Produkt erleichtern.

Der allgemeine Wärmewiderstand Rth ist das zentrale Maß für die Auslegung von Kühlkörpern in der Elektronik. In unserem Shop erhalten Sie Produkte mit thermischen Widerständen von 0,3 K/W bis 123 K/W.

Die Länge, der Durchmesser und die Höhe sind für die Auswahl geeigneter Modelle in vielen Anwendungsszenarien existenziell, denn schließlich soll der Körper so groß wie möglich sein, um möglichst viel Wärme abzuführen und andererseits können Sie nur den zur Montage vorhandenen Platz ausschöpfen. Hierzu gibt es verschiedene Kategorien, die die Kühlkörper auf bestimmte Bauformen einschränken.

Unter Besonderheiten lassen sich hauptsächlich montagerelevante Auswahlkriterien bestimmen. Neben der Art der Befestigung könnte unter Umständen die Auswahl gewichtsreduzierter Kühlkörper für Ihr Vorhaben bedeutsam sein. Dabei spielt auch die Auswahl des Materials, aus dem Ihr Produkt bestehen soll, eine entscheidende Rolle.

Bei der Suche nach einem Kühlkörper für eine konkret bezeichnetes elektronisches Bauteil, kann der Filter „Passend für…“ schnell weiterhelfen. Denn so findet man zu einigen Herstellern, das passende Zubehör für ihre Produkte.

Auswahl von Kühlkörper-Zubehör

Des Weiteren können Sie Zubehör, bei dem es sich meist um Hilfsmittel zur Befestigung handelt, unter anderem nach folgenden Kategorien filtern:

  • Kategorie: Gibt die Art der Befestigung an z.B. Klammerbefestigung.
  • Material: Falls Sie ein bestimmtes Material bevorzugen.
  • Material-Eigenschaften: Relevant für die weitere Verarbeitung, z.B. rostfrei.

Wie kann ich einen Kühlkörper montieren?

Einige Kühlkörper sind zum Aufstecken oder einfach per Clip zu befestigen. Andere haben glatte Oberflächen zum Schrauben, Kleben, Löten oder Klammern. Wichtig ist, dass der Kühlkörper wärmetechnisch direkt mit der zu kühlenden Komponente verbunden wird. Manchmal ist neben der Herstellung der Wärmeleitfähigkeit der Verbindung auch die elektronische Isolation notwendig.

In der Kategorie Kühlkörper-Zubehör finden Sie verschiedene Wärmeleitpasten, Wärmeleitkleber und Wärmeleitpads zur Montage der Produkte:

Wärmeleitpasten haben gute Wärmeübertragungseigenschaften und füllen kleine Lufthohlräume durch uneben aufliegende Flächen zwischen Kühlkörper und elektronischem Bauteil. Dadurch wird die Entstehung von Wärmenestern bei Erhitzung der Verbindungsstelle verhindert.

Wärmeleitkleber sind Zweikomponenten-Kleber zur Befestigung von Kühlkörpern. Sie bestehen aus festen Partikeln mit guten Wärmeleiteigenschaften und einem Klebstoff für die Verbindung. Umso höher der Anteil der Füllstoffe ist, desto besser leitet der Wärmeleitkleber die Wärme ab. Allerdings sinkt dadurch der Anteil der Klebstoffe, wodurch die Verbindung weniger belastbar ist. Im schlechtesten Fall treten durch die wärmeleitenden Partikel mechanische Spannungen auf.

Wärmeleitpads überbrücken größere Lücken zwischen Kühlkörper und elektronischem Bauelement und verhindern dabei die Luftansammlung im Hohlraum. Sie werden oft zusammen mit Isolierscheiben verwendet oder haben selbst eine isolierende Schicht, wenn die galvanische Trennung zwischen den Komponenten vonnöten ist. Zur Montage von Wärmeleitpads wird manchmal zusätzlich Wärmeleitpaste eingesetzt.

Aufsteckkühlkörper für die verschiedensten Einbaulagen im Gehäuse

Außerdem ist mechanisches Befestigungsmaterial in Form von folgenden Varianten verfügbar:

  • Klammerbefestigung für DIN-Hutschiene
  • Transistor-Haltefedern
  • Transistor-Klammern und
  • speziellen Kühlkörper-Befestigungselementen

Was ist bei der Montage von Kühlkörpern zu beachten?

Je nach Einbaulage und Bauform des Kühlkörpers gilt es, dessen Leistungsfähigkeit für die Kühlung bei der Montage zu begünstigen. Das gelingt am besten, wenn die Kühlrippen vertikal ausgerichtet sind, da Wärme immer nach oben steigt. Würde man die Lamellen hingegen übereinander anordnen, würde die Abwärme der unteren Rippen die oberen stets anwärmen und in ihrer eigenen Funktion einschränken. Wird nur Luft zur passiven Kühlung verwendet, sollte diese möglichst frei um den Kühlkörper zirkulieren können.

Vorsicht ist geboten, wenn passive Kühlkörper in Raumnischen und unter Verkleidungen angebracht werden, denn hier könnte die Rückstrahlung bereits abgegebener Wärme trotz Kühlkörper zur Überhitzung führen. In solchen Fällen gibt es zwei Optionen, um durch aktive Kühlkörper trotzdem eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten:

  • Die passive Kühlung wird durch einen Lüfter zur Wärmeabfuhr mit erzwungener Konvektion ergänzt.
  • Es wird versucht statt Luft ein anderes Gas oder eine Kühlflüssigkeit zur Optimierung der Kühlleistung einzusetzen.

Tipp: Wichtig bei der Montage von Kühlkörpern ist die Anbringung des Kühlkörpers möglichst nah am Bauteil. Ist dieses aus Platzgründen nicht möglich, werden zunehmend Wärmerohre eingesetzt.

Sogenannte Heatpipes überbrücken den Abstand vom Bauteil bis zum Kühlkörper, ersetzen das wichtige Bauteil aber nicht. Heatpipes finden sich beispielsweise in Notebooks und Prozessoren von leistungsstarken Rechnern, zunehmend aber auch als Teil der Kühlung von einzelnen Komponenten kompakter Leistungselektronik wie Chipsätzen und Grafikkarten.

FAQ - häufig gestellte Fragen zu Kühlkörpern

Leitet der Kühlkörper nicht nur Wärme, sondern auch Strom?

Ja, die meisten Kühlkörper sind aus Aluminium oder Messing gefertigt und damit elektrisch leitfähig. Um die Übertragung des Stroms auf den Körper zu verhindern, kann zwischen Bauelement und Kühlkörper eine Isolierscheibe angebracht werden.

Wie groß muss ein Kühlkörper sein?

Das hängt vom Anwendungsfall und den Umgebungsbedingungen ab. In die Berechnung fließen Wärmewiderstand des Kühlkörpers, Wärmewiderstand des zu kühlenden Bauteils sowie der Verbindungsfläche, Temperaturen von Wärmequelle und Kühlmedium sowie die abzuleitende Wärmeleistung ein. Außerdem spielen ökonomische Faktoren bei der Auswahl von Kühlkörpern eine Rolle.

Kann ich mehrere Kühlkörper anbringen, wenn die Platzverhältnisse dies erfordern?

Ja, generell ist es auch möglich mehrere Kühlkörper an einem elektronischen Bauteil anzubringen, sofern genügend geeignete Montagefläche vorhanden ist. Bei der Installation sollten Sie jedoch die Lage der Kühlkörper untereinander beachten und möglichst verhindern, dass ein Kühlkörper von der Abwärme eines anderen erhitzt und dadurch in seiner Funktion eingeschränkt wird.   

Sollten Kühlkörper immer schwarz sein?

Nein. Die häufige Annahme, dass schwarze Oberflächen an den Körpern die Wärme am besten aufnehmen und ableiten können, ist bezogen auf die Anwendung in der Elektronik hinfällig, denn sichtbare Farbgebungen verändern den Wellenlängenbereich im Temperaturbereich von < 150°C nur marginal. Wichtig hingegen ist die Behandlung der Oberfläche des Kühlkörpers zur Optimierung der Materialeigenschaften. Häufig handelt es sich bei diesem Verfahren um eine sogenannte Eloxierung, bei der Aluminium-Kühlkörper an der Oberfläche elektrolytisch oxidieren und dadurch eine Schutzschicht entwickeln.

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