Artikel CTX Thermal Solutions GmbH

Effiziente Wärmeableitung für die Systeme der Zukunft

Wo Schnelligkeit gefragt ist, kann Hitze zum Problem werden. Hochleistungsprozessoren zum Beispiel produzieren so viel Wärme wie ein Küchenherd. Hier kommen Flüssigkeitskühlsysteme von CTX Thermal Solutions GmbH ins Spiel: Sie leisten effektive und zuverlässige Arbeit und kühlen da, wo passive Systeme oder lüftergestützte Lösungen nicht ausreichen. Zur Herstellung effizienter Kühlsysteme für Anwendungen im Elektromobilitätsbereich hat sich das Aluminiumdruckgussverfahren etabliert. Flüssigkeitskühlkörper für High-End-Anwendungen wie IGBTs werden dagegen häufig im Kaltfließpressverfahren hergestellt. Darüber, wann sich welcher Kühlkörper und welches Herstellungsverfahren am besten eignen, informieren wir Sie gern.

Flüssigkeitskühlung:

Die Herstellung macht den Unterschied

Das Prinzip der Flüssigkeitskühlung ist seit vielen Jahren bewährt: Wasser, Glykol oder Öl fließt durch Rohre aus Kupfer, Aluminium oder Edelstahl im Innern einer Aluminium- oder Kupferplatte. Dort transportieren die Flüssigkeiten die Wärme des zu kühlenden elektronischen Bauteils bis zu 25 Prozent effektiver ab als aktive Kühlsysteme. Wegen ihrer hohen Leistungsdichte können Flüssigkeitskühlkörper kompakt gebaut werden. CTX bietet effiziente und anwendungsspezifische Flüssigkeitskühlungen an, die je nach Einsatz unterschiedlich gefertigt werden.

CTX bietet mit seinen applikationsspezifisch optimierten Stiftkühlkörpern eine effiziente Lösung zur präzisen Regelung der Temperatur von Hochleistungs-LED und sorgt damit für eine lange Lebensdauer sowie für eine gleichbleibende Licht- und Farbleistung der LED.

Bei der Auslegung und Gestaltung eines maßgeschneiderten LED-Kühlkörpers müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden: Neben der Leistungsaufnahme und damit der Verlustwärme spielen auch die Größe des Halbleiterkristalls, die Leuchtdiodengeometrie und -halterung sowie die Umgebungsvariablen (Temperaturen, Vibrationen, Luftfeuchte etc.) eine wichtige Rolle. CTX wählt dabei auf Basis der Kundendaten mögliche Designs und Technologien aus, führt thermische Simulationen durch und trifft danach die Entscheidung für die geeignete Kühl- und Befestigungslösung. So können die LED-Kühlkörper abhängig von der abzuführenden Wärmemenge entweder mit freier oder erzwungener Konvektion, also in Kombination mit einem Lüfter, eingesetzt werden. Die Montage der Kühlkörper erfolgt wahlweise mittels Verschrauben, Clippen, einer wärmeleitenden Verklebung oder durch Auflöten.

Bei kleinen LEDs mit einer Leistungsaufnahme im Milliwattbereich reichen die Lötanschlüsse aus, um die Wärme aus dem Halbleiterkristall abzuleiten. Ab einer Leistungsaufnahme von etwa einem Watt ist jedoch bereits eine (passive) Kühlung erforderlich. Hochleistungs-Leuchtdioden, die mit Stromstärken über Milliampere betrieben werden, produzieren so viel Wärme, dass sie sogar LED-Kühlkörper mit Zwangsbelüftung benötigen.

Das Angebot von CTX umfasst sowohl passive als auch aktive Kühllösungen für LED-Anwendungen im Innen- und Außenbereich. Neben Standardkühlkörpern zählen dazu vor allem kunden- und projektspezifisch angepasste LED-Kühlungen. Zu den Klassikern unter den Standardkühllösungen gehören Leiterplatten-, SMD- und Profilkühlkörper als passive sowie aktive LED-Kühlkörper mit AC- oder DC-Lüfter. Sie alle sind in verschiedenen Abmessungen und Leistungsklassen standardisiert als Katalogware erhältlich, können jedoch auf die Anforderungen des Kunden zugeschnitten werden. High-End-Lösungen, die mittels flüssigen Medien kühlen, sind in der Regel immer individuell ausgelegt. Dabei sprechen neben der Wärmeabfuhrleistung auch die Rohmaterialkosten für eine Sonderanfertigung nach Maß, wenn eine Kühllösung zu einem optimalen Preis-Leistungs-Verhältnis gesucht wird.

Die Entwärmung elektronischer Baugruppen ist für ihre fehlerfreie und langlebige Funktion unabdingbar. CTX hat mehrere hunderte Modelle an Leiterplattenkühlkörpern mit Wärmewiderstandswerten zwischen 6 und °C/W im Sortiment. Beispielsweise stehen für die Halbleitergehäusetypen TO und TO sowie für SMD-Bauelemente Kühlkörper zur Auswahl, die sich mit Clips, Nieten, Lötstiften oder Schrauben schnell und einfach montieren lassen. Dazu zählen PCB-Kühlkörper in Form von Finger-, Aufsteck- oder Kleinkühlkörpern, stehende oder gestanzte Kühlkörper sowie Profilkühlkörper mit integrierten Lötpins zum Schwalllöten auf der Leiterplatte.

Kundenspezifische Kühlkörper

CTX dimensioniert alle Kühlkörper optimal abgestimmt auf die jeweilige Anwendung. Sind individuelle Lösungen gefordert, entwickelt CTX nach Kundenvorgabe zugeschnittene Leiterplattenkühlkörper – nach Maß angefertigt mit CNC-Technik und auf Basis thermischer Simulation.

Je besser der Kontakt zwischen der elektronischen Komponente und dem Kühlkörper – desto geringer fallen Wärmeübergangswiderstände aus. Daher kommt der Oberflächenbeschaffenheit der Kühlkörper neben der verwendeten Metalllegierung eine besondere Bedeutung zu. Die extrudierten Kühlkörper von CTX sind aus einer speziellen Aluminiumlegierung gefertigt, die eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit von W/mK aufweist. Zusätzlich können sie auf Wunsch CNC-bearbeitet und/oder oberflächenveredelt und damit die Wärmeabführung zusätzlich optimiert werden.

Je Eine nachträgliche, individuelle CNC-Bearbeitung der Profilkühlkörper eliminiert die bei der Herstellung unvermeidbaren Toleranzabweichungen von der Wunschgeometrie. Damit werden Zwischenräume mit einem Luftpolster zwischen Bauteil und Kühlkörper vermieden und die Wärmeleitung wesentlich verbessert.

Auch veredelnde Oberflächenbehandlungen wie Eloxieren, Pulverbeschichten, Chromatieren oder Lackieren tragen zur Optimierung der Wärmeleitung bei. Auf Wunsch bietet CTX alle genannten Verfahren an.

Moderne Hochleistungselektronik ist leistungsstark und erfordert eine effektive Kühltechnik. Ob moderne Hochspannungsumrichter, Eisenbahntechnik, Transportsysteme oder industrielle Computer – in allen Fällen ist die Leistungsdichte und die damit einhergehende Wärmebildung so groß, dass diese abgeführt werden muss. Flüssigkeitskühlungen sind hier die Lösung. Der Nettetaler Kühlkörperspezialist CTX Thermal Solutions bietet ein umfangreiches Programm an Standard- und applikationsspezischen Kühllösungen für nahezu jede industrielle Anwendung.

SuperPlate und Brazed Flüssigkeitskühlung – oberste Leistungsklasse der Kühlkörpertechnik

Unmittelbar an den elektronischen Hochleistungselementen der Baugruppen kühlen Flüssigkeitskühlkörper hocheffizient. Sie kommen mit einer sehr geringen Übertragungsoberfläche aus und sind sehr kompakt. Je nach Art der verwendeten Technologie unterscheidet CTX Thermal Solutions folgende Varianten:

• Varianten mit eingelegten Rohren:

  • Aluminium-Kühlplatten mit integrierten Kupferrohren

  • Aluminium-Kühlplatten mit integrierten Edelstahlrohren (V2A/V4A)

• Varianten mit integrierten Bohrungen:

  • Aluminium-Kühlplatten mit kernlochgebohrten Kühlkanälen

  • Kühlplatten mit gezogener Bohrung (extruded hole)

• Varianten in gebrazter Technologie (hochtemperaturverlötetes Aluminium):

• Kühlplatten mit brazed channel (WCP vacuum brazed)

• Kühlplatten mit brazed fin (mit integrierten Turbulatoren/WCP vacuum brazed)

SuperPower – Hochleistungskühlkörper mit geringem Gewicht und Volumen

Ausgestattet mit den gleichen technischen Eigenschaften wie herkömmliche Stranggussprofile sind die hocheffizienten SuperPower-Kühlkörper um bis zu % leichter und kleiner. Sie erreichen fast die gleiche Kühlleistung wie Flüssigkeitskühlkörper, sind jedoch wesentlich günstiger. CTX Thermal Solutions präsentiert weitere Rippenmodule als Ergänzung des bestehenden Programms.

SuperFins – neuer Hochleistungkühlkörper

Besonders leistungsstark und kompakt sind die neuen SuperFins-Hochleistungskühlkörper mit Kupfer- oder Aluminiumbodenplatten und eingepressten Rippen. Gegenüber den SuperPower-Kühlkörpern lässt sich die Oberflächentemperatur um bis zu weitere % reduzieren. SuperFins eignen sich zum Einsatz in Applikationen, bei denen eine starke Wärmeentwicklung auftritt, zum Beipiel in der Rundfunktechnik, bei der Stromübertragung oder UPS-Systemen.

Profil-Kühlkörperprogramm

Klassische Profilkühlkörper aus Stranggussprofilen mit einer guten Wärmeleitfähigkeit in unterschiedlichen Formen und Varianten bilden das Standardprogramm. Sie werden zur Kühlung von Halbleitern genauso eingesetzt wie in kleinen Satellitenreceivern bis hin zur Kühlung von Leistungs-IGBTs in bahntechnischen Anwendungen.

Besucher finden CTX Thermal Solutions auf der PCIM Europe in Halle 9, Stand .

Bei der Entwicklung neuer Technologien und Geräte kommt der Auswahl eines geeigneten Kühlkonzepts eine besonders große Bedeutung zu. Denn die Wahl des passenden Kühlkörpers gewährleistet nicht nur die korrekte Funktion, sondern auch eine lange Lebensdauer der Geräte und Systeme.

CTX Thermal Solutions bietet mit seinem umfassenden Kühlkörpersortiment leistungsstarke Kühlkonzepte, passgenau auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten. Neben sofort lieferbaren Standardausführungen vertreibt der Spezialist für Elektronikkühlung auch individuell zugeschnittene CNC-Maßanfertigungen. Die Einbauverhältnisse sowie die Verlustleistung des zu kühlenden Bauteils bestimmen maßgeblich die Wahl des passenden Kühlkörpers.

Leiterplattenkühlkörper

Für eine fehlerfreie und langlebige Funktion elektronischer Baugruppen ist ihre Entwärmung unabdingbar. Das CTX-Produktportfolio mit Standard-Leiterplattenkühlkörpern umfasst mehrere hundert Modelle zur Leiterplattenkühlung mit Rth-Werten zwischen 6 und 72 °C/W – optimal abgestimmt auf die jeweilige Anwendung und Bestückungsart. Ist ein Standard-Leiterplattenkühlkörper nicht die optimale Wahl, entwickelt CTX zusammen mit dem Kunden den applikationsgerechten Kühlkörper – nach Maß angefertigt mit CNC-Technik und auf Basis thermischer Simulation.

Darüber hinaus bietet CTX Niedrigprofil-Kühlkörper an, die mit ihrer geringen Bauhöhe für Halbleitergehäuse ausgelegt sind. Das spezielle Design der SMD-Kühlkörper mit abgespreizten Flügelflächen gewährleistet eine indirekte Kühlung. Wie jedes andere SMD-Bauteil sind sie direkt auf die Leiterplatte auflötbar.

Profilkühlkörper für individuelle Kühlkonzepte

Profilkühlkörper aus Aluminium-Stranggussprofilen sind der Klassiker unter den Elektronikkühllösungen. Sie leiten große Wärmemengen zuverlässig ab, sichern den stabilen Betrieb von Elektronikbauteilen und erhöhen deren Lebensdauer. Bei CTX finden Sie ein breites Angebot an Rippen-, Lamellen-, Kammprofil- und Fingerkühlkörpern für unterschiedlichste Anwendungsgebiete. Für eine optimale Abführung der Wärme werden die Profilkühlkörper optional mit verschiedenen Oberflächenbehandlungen veredelt. Um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen, ist auf Wunsch auch eine nachträgliche CNC-Bearbeitung des Profilkühlkörpers möglich.

Kühlung von Hochleistungselektronik mit Flüssigkeitskühlkörpern

Flüssigkeitskühlkörper kommen dann zum Einsatz, wenn eine lüfterbetriebene Kühlung nicht mehr ausreicht. Schon eine dünne Wasserleitung ist um ein Vielfaches effektiver, sodass Flüssigkeitskühlkörper mit einer sehr geringen Übertragungsfläche auskommen und sehr kompakt sind. Weiterhin leiten sie den Kühlungsprozess unmittelbar an den elektronischen Hochleistungselementen der Baugruppen ein. Als obere Leistungsklasse in der Kühlkörpertechnik lassen sich durch Flüssigkeitskühlkörper Kühlkreisläufe realisieren, in denen Fluide oder auch bestimmte Gase zur Kühlung dienen.

Hochleistungskühlkörper in Modulbauweise

Bei modernen elektronischen Baugruppen steigt die Leistung pro Fläche stetig an und damit auch die Wärmeentwicklung. Für den schnellen Abtransport der auftretenden Wärme sorgen Aluminiumrippenkühlkörper in Kombination mit Lüftern. Sie können in fast allen Bereichen der Industrie eingesetzt werden. Hochleistungskühlkörper verfügen über die gleichen technischen Eigenschaften wie Druckgussprofile, sind aber bis zu 40 % leichter und kompakter. Außerdem erreichen sie fast die gleiche Kühlleistung wie Flüssigkeitskühlkörper, sind jedoch wesentlich günstiger. Weitere Vorteile bei Hochleistungskühlkörpern von CTX sind unter anderem die große Auswahl an Standardmodulen, die applikationsspezifische Konfigurierbarkeit sowie individuelle Lösungen ohne Werkzeugkosten.

Neben diesen Kühllösungen bietet CTX Clip- und Federlösungen für höchste Qualitätsanforderungen. Die Clip-Verbindungen schaffen eine sichere Verbindung zwischen Halbleiter und Kühlkörper. Sie zeichnen sich durch einen hohen zentralen Anpressdruck sowie vereinfachte Isoliermöglichkeiten aus und sorgen für einen dauerhaften Kontakt. Durch die Clip-Kühlkörper und Montagefedern wird so ein gleichbleibend guter Wärmeübergang gewährleistet.

Profil-Kühlkörper aus stranggepresstem Aluminium

Neben Größe und Material spielt die Oberfläche eines Kühlkörpers eine entscheidende Rolle bei der Wärmeableitung. Besonders bei Profil- und Druckguss-Kühlkörpern aus Aluminiumstrang- bzw. -druckgusslegierungen trägt die Veredelung der Kühlkörperoberfläche zur Optimierung der Entwärmung bei. 

Optimale Oberflächen-Eigenschaften

CTX-Profilkühlkörper sind aus einer speziellen Aluminium-Stranggusslegierung gefertigt, die eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit von 180 W/mK aufweist. Auf Wunsch können wir die Kühlkörperoberfläche zusätzlich veredeln, um die Wärmeabführung noch weiter zu optimieren und den Kühlkörper an Ihre speziellen Bedürfnisse anzupassen. Zu unseren angebotenen Oberflächenbehandlungen zählen

• Eloxieren
• Chromatieren
• Pulverbeschichten
• Lackieren

Reibrührschweißen - Die Fertigungstechnologie für leistungsstarke Kühllösungen

Zur Sicherung der reibungslosen Funktion moderner Leistungselektronik ist die schnelle Abführung der Verlustleistung mithilfe kompakter und effizienter Kühllösungen zwingend erforderlich.

Dabei gestatten Fertigungstechnologien wie zum Beispiel das Reibrührschweißen (engl.: Friction Stir Welding, kurz FSW) die Fertigung von Kühlkörpern mit extrem großer wärmeleitender Oberflächen auf kleinstem Raum.

Das Verfahren des Reibrührschweißens stammt wie viele innovative Fertigungsmethoden aus der Automobilindustrie. Dort werden auf diese Art beispielsweise Auslassventile für Verbrennungsmotoren in großen Stückzahlen geschweißt. Heute findet das Verfahren zunehmend für die Fertigung von Kühllösungen für die Leistungselektronik Verwendung. Dabei werden Kühlkörperbasis und -rippen kalt verschweißt.  

Die recht junge Technologie, die erst 1991 erfunden wurde, eignet sich besonders für die Herstellung von Kühlkörpern aus Aluminium. Dabei erzeugt ein verschleißfestes, rotierendes Werkzeug so viel Wärme und Druck, dass die erwärmten Materialien quasi miteinander verrührt werden. Die so entstehenden Schweißnähte sind hochfest, absolut dicht und besitzen eine optimale Wärmeleitfähigkeit. Da unterhalb der Schmelzpunkte der Werkstücke gearbeitet wird, kommt es zu keinerlei Veränderungen des Materialgefüges und zu lediglich marginalen Verzugserscheinungen.

Vorteile:

• optimale Wärmeleitfähigkeit
• keine Schweißporen
• absolut dichte Verbindungen
• relativ niedrige Temperaturen und damit wenig Verzug
• weder Zusatzwerkstoffe noch Schutzgase erforderlich
• gleichmäßige, hochbelastbare Schweißnähte

Skived Fin Kühlkörper – Effiziente Kühlung für Small Form Factor Systems

Die Aufgabe eines Kühlkörpers ist die schnelle, effiziente Entwärmung von Leistungselektronik. Voraussetzung hierfür ist eine möglichst große wärmeleitende Oberfläche. Die klassische Kühlkörperbauform ist daher der Rippenkühlkörper. In den unterschiedlichsten Ausprägungen: Je nach Anwendungsfall, also je nach erforderlicher Kühlleistung und zur Verfügung stehendem Bauraum, kommen unterschiedliche Materialien, Kühlkörperdesigns und Fertigungsmethoden zum Einsatz.

Elektronische Systeme mit Bauhöhen unter 30 mm, allen voran industrielle Computer mit besonders kleine Gehäusen (small form factor systems), stellen besonders hohe Anforderungen an die spezifische Leistungsdichte eines Kühlkörpers. Typische Kühllösungen für diesen Anwendungsfall sind die sogenannten Skived Fin Kühlkörper. Bei ihnen werden die Kühlrippen aus einem Aluminium- oder Kupferblock herausgeschabt. Diese spezielle Fertigungstechnik erlaubt besonders feine Rippen und eine hohe Rippendichte. Zudem sind die einzelnen Lamellen bei dieser Herstellungsmethode überganglos mit der Kühlkörperbasis verbunden – ganz ohne die thermischen Widerstände, die unvermeidlich bei Löt-, Kleb- oder Pressverbindungen auftreten.

Skived Fin Kühlkörper werden aufgrund ihrer hohen Kühlwirkung vor allem als CPU-Kühler in Serveranlagen eingesetzt – in der Regel als aktive Kühllösung in Kombination mit Systemlüftern, die für einen forcierten Luftstrom sorgen.

Da die Werkzeugkosten vergleichsweise gering ausfallen, eignet sich dieses Verfahren auch für Serien mit geringen Stückzahlen.

Elektronikgehäuse aus Metall – Darüber sollten Sie sich im Vorfeld Gedanken machen

Empfindliche Elektronik benötigt funktionelle Gehäuse, um sie vor äußeren Einflüssen zu schützen und ihre Funktion dauerhaft sicherzustellen. Bei der Auswahl eines geeigneten Gehäuses gilt es im Vorfeld eine Reihe von Aspekten zu berücksichtigen.

Gehäusegröße

Grundsätzlich gibt der Platzbedarf der Elektronik die Gehäusegröße vor. Wird das Gehäuse in eine größere Einheit eingebaut, muss der hierfür zur Verfügung stehende Bauraum ebenfalls berücksichtigt werden.  

Material

Die Wahl des Gehäusematerials wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst. Dazu zählen unter anderem die Umgebungsbedingungen, denen das Gehäuse ausgesetzt ist, und ob die Elektronik einen besonderen EMV-Schutz benötigt. Robuste Aluminiumprofil- oder -druckgussgehäuse eignen sich in der Regel problemlos für den Outdoor-Einsatz. Dichtungen erhöhen den IP-Schutz zusätzlich. Blechbiegegehäuse aus Edelstahl sind dagegen prädestiniert für den Indoor-Einsatz und hier speziell für Branchen, in denen eine hohe Sauberkeit gewährleistet werden muss – zum Beispiel in der Pharma- und Lebensmittelindustrie.  

Einzelteil oder Serie

Die Frage nach der Anzahl der benötigten Gehäuse eines Typs bestimmt üblicherweise die Wahl des Produktionsverfahrens. Bei einzelnen Spezialgehäusen kann es wirtschaftlich sein, sie aus dem Vollen zu fräsen. Für große Serien lohnt sich dagegen die Anfertigung eines kostspieligen Werkzeugs zur Herstellung belastbarer Druckgussgehäuse. Blech- oder Stanzbiegegehäuse sind vergleichsweise kostengünstig in der Produktion. Sie eignen sich typischerweise für Einzelgehäuse und kleine Serien.  

Bearbeitung

Von der Art der Applikation hängen neben dem zu wählenden Material und der Optik des Gehäuses auch seine Bearbeitung und eventuell erforderliches Zubehör ab. Anzahl und Platzierung von Bohrungen für Kabeldurchführungen oder die Montage von Schaltern und Drehknöpfen müssen ebenso berücksichtigt werden, wie Ausfräsungen für Stecker, Kühlschlitze oder Aufnahmen von Tastaturen und Displays. Soll das Elektronikgehäuse an der Wand befestigt werden, müssen entsprechende Montagehalterungen vorgesehen werden. Für Tischgehäuse sind gegebenenfalls Stellbügel erforderlich.  

Optik

Wird das Elektronikgehäuse in einem anderen Gerät oder Schrank verbaut, spielt die Optik in der Regel eine untergeordnete Rolle. Wird es hingegen offen sichtbar installiert, sieht dies anders aus. Oberflächenbehandlungen wie Lackieren, Chromatieren, Eloxieren, Pulverbeschichten, Sandstrahlen etc. verleihen dem Gehäuse eine eigene Note. Lack und Eloxalschichten schützen es zudem vor Umwelteinflüssen.  

Ist Kühlung erforderlich?

Viele Metallgehäuse schützen die Elektronik nicht nur, sondern übernehmen gleichzeitig auch eine kühlende Funktion. In diesem Fall ist bei der Konzeption des Gehäuses auch die während des Gerätebetriebs anfallende Verlustleistung zu berücksichtigen. Ist sie gering, kann gegebenenfalls bereits ein Blechbiegegehäuse die entstehende Wärme ableiten. Bei höheren Verlustleistungen empfiehlt sich allerdings ein Aluminium-Druckgussgehäuse – idealerweise sogar mit integrierten Lüftungsschlitzen, Kühlrippen oder Kupferinlays zur optimalen Entwärmung. Die Integration eines Lüfters beschleunigt die Wärmeabfuhr zusätzlich.  

Professionelle Beratung und Produktion

CTX realisiert für Sie anwendungsspezifische Elektronikgehäuse aus Metall und bietet Ihnen kompetente Beratung bei der Konzeption des optimalen Gehäuses. Neben Elektronikgehäusen in Profil- und Stanzbiegetechnik zählen auch technische Aluminiumteile sowie ein Frontplattenservice zum Angebot des führenden Handelshauses für optimierte Kühllösungen. Sprechen Sie uns an!

Crimped Kühlkörper - Kühlkörper mit eingepressten Rippen

Rippenkühlkörper sind aufgrund ihrer hohen Oberfläche die klassische Kühlkörperbauform. Abhängig von der jeweiligen Applikation, also je nach geforderter Kühlleistung und verfügbarem Bauraum, finden unterschiedliche Materialien, Kühlkörperdesigns und Fertigungsmethoden Verwendung.

Vielseitig einsetzbar sind Crimped Kühlkörper. Sie bestehen aus einer Bodenplatte, in die die einzelnen Kühlrippen in einem rein mechanischen Verfahren eingepresst werden. Je nach abzuführender Verlustleistung und dem zur Verfügung stehenden Bauraum können sie aus Aluminium oder Kupfer gefertigt werden. Typisch ist allerdings die Kombination einer Kühlkörperbasis aus Kupfer mit eingepressten Aluminiumrippen, da hierbei ein optimales Verhältnis von Kühlkörpergewicht, -größe und Kühlleistung gegeben ist. Gleichzeitig bleiben die Wärmewiderstände aufgrund der thermischen Spreizwirkung der Kupferplatte sehr klein. Zusätzlich kann die spezifische Kühlleistung der gecrimpten Kühlkörper durch die Verwendung von Aluminiumrippen mit unterschiedlicher Oberflächenstruktur bei gleicher Grundfläche und Rippengeometrie des Kühlkörpers variiert werden. So steigt die Kühlwirkung mit zunehmender Rippenoberfläche – von glatten über geriffelte bis hin zu gestanzten Kühlrippen.

Aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte kommen Crimped Kühlkörper in der Regel in Applikationen zum Einsatz, bei denen der frei verfügbare Bauraum begrenzt ist. Ein typisches Anwendungsfeld sind Grafikkarten und CPUs. In diesen Fällen werden Crimped Kühlkörper häufig mit Heatpipes kombiniert.

Übrigens: Crimped Kühlkörper können auf Wunsch auch einer Oberflächenbehandlung wie Lackieren, Eloxieren oder Pulverbeschichten unterzogen werden.

Drehknöpfe werden von Gerätedesignern wiederentdeckt, denn der Trend geht zu intuitiv-bedienbaren und fassbaren Bedienungselementen.

Das Angebot an Drehknöpfen bei CTX umfasst Steck-, Dreh- Spezial- und Drehmuldenknöpfe für verschiedenste Branchen und Einsatzmöglichkeiten.

Die einstellbaren Funktionen an Geräten werden zunehmend komplexer. Eine Reduzierung auf wesentliche Bedienelemente sowie eine einheitliche Logik im Bediensystem und damit der Drehknopf als Bedienelement gewinnen zunehmend an Bedeutung. Die Automobilindustrie zeigt sich als Vorreiter bei diesem Trend, da Touchscreens vorwiegend auf der visuellen Ebene bedient werden.

Als eine entscheidende Schnittstelle sollten sich daher Drehknöpfe so angenehm und hochwertig anfühlen wie möglich. Dazu tragen eine spezielle Ergonomie, temperatursensitive Oberflächen und die gleichmäßig-geschmeidige Drehung sowie eine intuitive Bedienlogik wesentlich bei.

Vorteile von Drehknöpfen gegenüber anderen Bedienelementen:

• selbsterklärende Bedienlogik 
• Multifunktionalität - Drehknöpfe sind nicht nur Bedienelement sondern auch Anzeige
• Drehknöpfe lassen sich drücken, herausziehen, nach oben, unten oder zur Seite schieben
• intuitives Regulieren der Funktionen
• klare Rückmeldung beim Einleiten der Funktion an den Anwender, z.B. Einrasten, Kraftanstieg oder akustisches Feedback

Das Drehknopfprogramm von CTX umfasst mehr als 6.000 Produkte für Elektro- und Laborgeräte, die Beschläge- und Flugzeugindustrie sowie für die Medizintechnik und den allgemeinen Gerätebau.

Drehknöpfe sind als Spannzangenbefestigung, Steckknopf oder Soft-Touch-Programm lieferbar. Drehmuldenknöpfe eignen sich für mehrgängige, feine Einstellungen und können auf runde Achsen aufgesteckt werden. Kundenspezifische Sonderanfertigungen von Drehknöpfen können je nach Zeichnung oder Muster gefertigt werden. Abgerundet wird das Angebot über Zubehör, wie zum Beispiel Zahlenscheiben, farbige Klemmen und Pfeile oder Industrieklemmen.

Bei der Herstellung von Kühlkörpern erlaubt das Druckgussverfahren die Realisierung der unterschiedlichsten Größen und Formen. Aluminium ist der gängigste Werkstoff, da Kühlkörper aus Aluminiumdruckgusslegierungen nicht nur leicht sind, sondern auch höheren Betriebstemperaturen standhalten als beispielsweise Zink oder Magnesium. Darüber hinaus verfügt Aluminium über eine hervorragende Festigkeit, Biegesteifigkeit und Korrosionsbeständigkeit sowie über ausgezeichnete abschirmende Eigenschaften – weshalb das Metall ein typisches Material für Elektronikgehäuse ist.

Aluminiumdruckgusskühlkörper, die mittels High Density Die Casting (HDDC) hergestellt werden, übertreffen die mechanischen und thermischen Eigenschaften herkömmlicher Aluminiumdruckgusskühlkörper nochmals deutlich. Das liegt nicht zuletzt an der speziellen Prozesssteuerung, die eine extrem feine Kornstruktur mit nahezu Null Porosität zur Folge hat.

Die extrem dichten, porenfreien Gussteile können problemlos spanend bearbeitet sowie hartgelötet und verschweißt werden. Auf diese Weise lassen sich selbst komplexeste Baugruppen leckdicht umsetzen. Damit ist das HDDC-Verfahren prädestiniert für die Herstellung von hochdichten Flüssigkeitskühlplatten. Die besondere Gussstruktur begünstigt auch die Realisierung von Kühlkörpern mit besonders schlanken und langen Lamellen sowie die Herstellung von Elektronikgehäusen mit sehr dünnen Kühlrippen und Gehäusewandungen. Auf diese Weise gestattet das spezielle Gussverfahren die Fertigung leichter Kühllösungen mit hervorragenden thermischen Eigenschaften.

Da das HDDC-Verfahren endkonturnahe Teile produziert, können Kupfer- oder Graphit-Einleger, die einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Aluminium besitzen, direkt und nahezu lückenlos in das gegossene Teil eingebettet werden. Das Ergebnis ist eine belastbare mechanische Verbindung ohne Übergangsverluste bei der Wärmeleitung.

Vorteile der HDDC-Kühlkörper gegenüber herkömmlichen Druckgusskühlkörpern

• höhere thermische Leitfähigkeit
• gleichförmigere Temperaturverteilung
• geringere Wandstärken
• dichterer Kühllamellenabstand
• vielfältigere Möglichkeiten bei Lamellenkonfiguration, -dicke und -form
• unkomplizierte Nachbearbeitung
• dichte Kühlkörperstruktur verhindert Eindringen von Elektrolyten bei nassen Oberflächenbehandlungen
• Herstellung absolut dichter Flüssigkeitskühlplatten möglich

Von der LED in den Scheinwerfern über die Sitzklimatisierung bis hin zur Elektronik im Armaturenbrett stecken moderne Automobile voller Leistungselektronik, die eine zuverlässige Kühlung benötigt, um dauerhaft leistungsfähig zu bleiben.

Doch auch zur Systemkühlung von Computern, Telekommunikations- und Bürotechnik sowie zur Kühlung von Antriebsaggregaten in industriellen Anwendungen, Haushaltsgeräten oder Verkaufsautomaten werden Lüfter und Gebläse genutzt. Dabei finden sie sowohl alleinstehend als auch in Kombination mit einem Kühlkörper Verwendung. Die Kombination mit einem Kühlkörper zur aktiven Kühlung findet vor allem bei der Entwärmung von Leistungselektronik Anwendung. Die lüftergestützte Kühlung führt die hohen Verlustleistungen schnell von den elektronischen Bauteilen ab.

CTX vertreibt Lüfter und Gebläse der Marke Zaward/Globe Fan und berät bei Fragen nach der geeigneten Kühllösung. Neben AC- und DC-Flachlüftern gehören auch DC-Gebläselüfter sowie der DC-Lüfter „Golf“ mit spezieller Noppenstruktur auf den Ventilatorflügeln zum Angebot des führenden Handelshauses für Kühllösungen.

Flachlüfter sind besonders geräuscharm, energieeffizient und durchzugsstark. Ihr Volumenstrom ist sehr hoch, weshalb sie sich für den industriellen Bereich und die Kühlung elektronischer Komponenten empfehlen. Noch größer sind Volumenstrom und Laufruhe beim Golf-Lüfter. Die Noppen auf der Oberfläche seiner Propellerflügel wurden von der Oberfläche eines Golfballs inspiriert und reduzieren den Luftwiderstand sowie Turbulenzen.

Kühlung für Embedded Systeme von CTX

Bei Embedded Systemen und Industriecomputern steigt die Leistung pro Volumen unverändert stetig ein. Gleichzeitig nehmen die Verlustleistung und damit die Notwendigkeit zur Kühlung der Prozessoren zu. Denn nur die schnelle Abführung der Prozessorwärme sichert eine korrekte Funktion der Systeme und eine lange Lebensdauer.

Maßgeschneiderte Kühllösungen

CTX entwickelt passgenaue Lösungen zur aktiven oder passiven Kühlung industrieller Computeranwendungen. Die Angebotspalette von CNC-gefertigten Kühlkörpern umfasst:

• projektspezifische kühlende Gehäuse

• wahlweise eloxierte, pulverbeschichtete oder bedruckte Frontplatten

• Heatspreader-Lösungen mit integrierten Heatpipes

• Kühlkörper mit Kupfer-Inlay zur direkten Installation am Hotspot

• ab Werk montierte Lüftereinheiten

• komplette Sets aus Kühlkörper (mit/ohne Kupfer-Inlay), Isolierungen, Montagebolzen, Schrauben etc. im Blister verpackt

Neben Hochleistungskühllösungen für Embedded Systeme und IPC bietet das außergewöhnlich breite Produktprogramm von CTX Kühlelemente für die Automobil-, Haushalts- und Unterhaltungselektronik sowie spezielle Kühllösungen für den Bereich der regenerativen Energien und für die Haus- und LED-Technik. Die Kühlungsarten reichen von natürlicher Konvektion über Luftkühlung mit Gebläsen bis hin zu Wärmetransport durch Flüssigkeiten oder Heatpipes. Die Auswahl der geeigneten Kühltechnologie erfolgt auf Basis der Kundendaten und einer thermischen Simulation.

SMD-Bauteile für die Bestückung von Leiterplatten bestehen immer häufiger nicht mehr nur aus einer Logikschaltung, sondern enthalten zunehmend auch Ansteuerungen und Leistungsteile. Entsprechend viel Wärme entwickeln sie im Betrieb. Um die Funktionsfähigkeit der SMD-Bauteile und damit der Platine zu erhalten, muss diese Wärme schnellst möglich abgeführt werden.

Eine ideale Lösung sind gestanzte Niedrigprofil-SMD-Kühlkörper mit abgespreizten Flügelflächen. Dank ihrer geringen Bauhöhe eignen sie sich besonders für die gängigen kompakten Halbleitergehäuse D-PAK (TO, D²PAK (TO und D³PAK (TO. Die Flügelflächen sorgen für eine große Oberfläche und damit für eine effektive Abführung der entstehenden Verlustleistung.

Automatische Bestückung

Kühlkörper für SMD-Bauteile wirken durch indirekte Kühlung. Sie werden nicht auf das zu kühlende Bauteil, sondern wie das SMD-Bauteil selbst, direkt auf die Kupferfläche der Leiterplatte gelötet. Diese indirekte Kühlung hat einen großen Vorteil für den Prozess der Leiterplattenbestückung, denn die als Tape+Reel verpackten SMD-Kühlkörper können ebenso wie die SMD-Bauteile automatisch verarbeitet werden.

Neben den Niedrigprofil-SMD-Kühlkörpern bietet CTX ein breites Portfolio an weiteren Standard-SMD-Kühlkörpern in diversen Formen sowie auf Wunsch auch in anwendungsspezifischen Ausführungen an.

Hochleistungselektronik optimal kühlen: So treffen Sie die richtige Wahl

Eine effektive Kühlung ist bei moderner Hochleistungselektronik entscheidend für die korrekte Funktion und eine lange Lebensdauer. Bei der Auswahl der idealen Kühllösung gilt es daher bestimmte Kriterien zu berücksichtigen. Die CTX Thermal Solutions GmbH berät bei der Suche nach der optimalen Kühllösung.

Eine effektive Kühlung ist bei moderner Hochleistungselektronik entscheidend für die korrekte Funktion und eine lange Lebensdauer. Bei der Auswahl der idealen Kühllösung gilt es daher bestimmte Kriterien zu berücksichtigen. Die CTX Thermal Solutions GmbH berät bei der Suche nach der optimalen Kühllösung.

Die Art der Kühllösung ergibt sich aus den Gegebenheiten von Platz- und Einbauverhältnissen in Abhängigkeit zur Verlustleistung des zu kühlenden elektronischen Bauteils. Diese Parameter bestimmen, ob eine passive Kühlung mit natürlicher Konvektion ausreicht oder ob die Höhe der Verlustleistung eine aktive Kühlung mit Lüfterunterstützung erforderlich macht. Reicht auch eine forcierte Kühlung nicht aus, wird auf die Flüssigkeitskühlung zurückgegriffen.

Mit der Art der Kühlung ändern sich auch die Kriterien für das Kühlkörperdesign. Bei natürlicher Konvektion muss die Oberfläche möglichst groß sein, die Kühlrippen einen genügend großen Abstand besitzen und die Materialien (Aluminium und/oder Kupfer) über eine hohe Wärmeleitfähigkeit verfügen. Die forcierte Konvektion benötigt zusätzlich ein Kühlkörperdesign, das beispielsweise Luftverwirbelungen ausschließt. Flüssigkeitsgekühlte Kühllösungen stellen u.a. hohe Ansprüche an die Dichtigkeit des ganzen Systems.

„Wann immer Bauraum und Verlustleistung es erlauben, sollte aus Gründen der Langzeitzuverlässigkeit und Kosten die Wahl auf eine Kühllösung mittels natürlicher Konvektion fallen“, erklärt Wilfried Schmitz, Geschäftsführer von CTX, das als führendes Handelshaus ein außergewöhnliches breites und vielfältiges Produktportfolio an Kühlkörpern bereithält. Das Angebot reicht von kleinen Kühlkörpern für SMT-Anwendungen bis hin zur großen Flüssigkeitskühlplatte. Damit bietet CTX für viele Problemstellungen die passende Lösung und unterstützt seine Kunden umfassend bei der Auswahl der jeweils optimalen Kühllösung.

Neu im Sortiment: Vakuumgelötete Flüssigkeitskühlkörper

Die CTX Thermal Solutions GmbH (CTX) hat ihr Portfolio an innovativen Flüssigkeitskühlkörpern um vakuumgelötete Systeme erweitert. Das spezielle Herstellungsverfahren ermöglicht besonders feste Verbindungen und sorgt damit für hervorragende Kühlleistungen. Daher bieten sich diese Kühlkörper vor allem für die Kühlung von Hochleistungselektronik an, wie sie in Solarumrichtern, Schienenfahrzeugen, elektronischen Geräten, Automobilen etc. Verwendung findet.

Ein vakuumgelöteter Flüssigkeitskühlkörper besteht aus einer Basisplatte mit Kühlkanälen und einer beschichteten Deckplatte. Die Kühlkanäle werden dabei direkt in die Basisplatte gefräst. Damit ist ihre präzise Positionierung an den wichtigsten Wärmeübertragungszonen garantiert. Alternativ kommen spezielle Aluminium-Kühllamellen zum Einsatz. Sie erhöhen die Turbulenzen in den Kühlkanälen, reduzieren auf diese Weise den thermischen Widerstand und verbessern die Kühlleistung. Als Kühlkörpermaterial finden wahlweise die Aluminiumlegierungen EN AW AlSi1MgMn; W/mK) und EN AW AlMgSi 0,5; W/mK) oder Reinaluminium EN AW Al ,5; W/mK) Verwendung.

Bei der Fertigung wird im ersten Schritt auf einer Seite der Deckplatte eine dünne Schicht Aluminiumlegierung aufgebracht. Sie schmilzt durch die Erwärmung auf bis zu °C und verlötet Basis- und Deckplatte. Das flussmittelfreie Verfahren sorgt für eine optimale Füllung der Lötnaht. Auf diese Weise entstehen Verbindungen mit einer sehr hohen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Das Vakuum verhindert zusätzlich die bei Erwärmung einsetzende Oxidation im Lötbereich. Die gelöteten Verbindungen halten Arbeitsdrücken bis zu bar stand. In Tests wurden sogar Spitzendrücke bis zu bar erreicht.

Die vakuumgelöteten Flüssigkeitskühler gewährleisten einen Durchfluss von bis zu Litern pro Minute sowie einen sehr geringen Druckabfall bis maximal 0,2 bar. Pro Kühlseite kann eine Gesamtverlustleistung von 8 kW abgeführt werden. Die maximale Kühlkörpergröße liegt bei mm x mm; kundenindividuelle Ausführungen der Innen- und Außen-Anschlüsse sind möglich.

Auf Wunsch liefert CTX zu den Kühlkörpern auch den kompletten technischen Support für die mechanische und thermische Analyse. Dazu zählen Zeichnungen in den Formaten pdf/dwg/dxf/step sowie die Durchführung von thermischen Analysen zur Definition der Kühlkörperdimensionierung, der Kühlkanalgröße und -pfade, der Durchflussrate, des Druckverlusts etc.

Clip- und Federlösungen für höchste Qualitätsanforderungen

Clip-Verbindungen zeichnen sich gegenüber Schraubbefestigungen durch ihren hohen zentralen Anpressdruck und vereinfachte Isoliermöglichkeiten aus. Sie sorgen für einen dauerhaften und sicheren thermischen Kontakt zwischen Halbleiter und Kühlkörper und damit für einen gleichbleibend guten Wärmeübergang.

CTX bietet ein umfassendes Spektrum an Montageclips und -federn – darunter neben Standard-Clips und -Klammern auch projektspezifische Stanzbiegeteile, Flachfedern, Drahtbiegeteile sowie Druck-, Zug-, Torsions- und Mikrofedern. Oberflächenveredelungen wie wasserstofffreies Verzinken, Vernickeln, Chromatieren oder Verkupfern sind auf Wunsch realisierbar. Applikationsspezifische Lösungen erarbeitet CTX typischerweise Schritt für Schritt gemeinsam mit dem Anwender.

Kontrollierter Fertigungs- und Qualitätssicherungsprozess

Die neuen Flachfedern und gestanzten Teile aus Stahl CS/CS durchlaufen einen kontrollierten Fertigungs- und Qualitätssicherungsprozess. Dieser beginnt bereits mit der Auswahl des Rohmaterials, das ausschließlich bei zertifizierten Herstellern bezogen wird. Eine Prüfung des Materials noch vor Fertigungsbeginn sichert die geforderte Qualität. Im weiteren Prozess unterliegt jede Fertigungsphase einer optischen 2D- und 3D-Prüfung. Zusätzlich werden einzelne Produktionslose einer Systemprüfung unterzogen. Eine Laserbeschriftung jedes einzelnen Teils ermöglicht die problemlose Rückverfolgbarkeit. Um die technischen Spezifikationen zu erfüllen, durchlaufen die Clips und Federn abschließend einen Härtungsprozess und eine galvanische Verzinkung. Aufgrund des zum Patent angemeldeten Verzinkungsverfahrens ist dabei eine Wasserstoffversprödung ausgeschlossen. Die gehärteten und verzinkten Teile werden zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen durch mikroskopisch kleine Zinkabscheidungen mit JS beschichtet. Sämtliche Veredlungsschritte unterliegen ebenfalls strengsten Qualitätskontrollen.

Im Vergleich zu Clips und Federn aus Edelstahl sind die Kühlkörperbefestigungen aus den unlegierten Federstählen CS/CS nicht nur um bis Prozent günstiger. Sie erlauben auch die Realisierung komplexer Geometrien, da sie sich besser verformen lassen und weisen eine um Prozent höhere Bruchfestigkeit auf.

Vorteile der CTX-Clips und –Federn auf einen Blick:

• Erstklassiges Rohmaterial von zertifizierten Herstellern
• Qualitätsprüfungen während und nach der Fertigung
• Rückverfolgbarkeit dank Laserbeschriftung jedes einzelnen Elements
• Hauseigene Härtung inklusive kontinuierlicher Prüfungen
• bis Prozent günstiger als Teile aus Edelstahl

Umweltaudit nach ISO – CTX erfolgreich rezertifiziert

Die CTX Thermal Solutions GmbH (CTX) stellte sich nach zum zweiten Mal der Auditierung ihres Umweltmanagementsystems nach ISO . Das führende Handelshaus für Kühllösungen im Bereich industrieller Elektronik absolvierte die Rezertifizierung mit Bravour. Gleichzeitig durchliefen die wichtigsten Lieferanten erfolgreich das Environmental Site Assessment (ESA).

Die Erstzertifizierung erfolgte – unter dem damaligen Unternehmensnamen Contrinex GmbH. Seitdem hat CTX auch die Lieferantenbasis für eine Beachtung der Ziele des Umweltaudits begeistern können. Diese flossen in die jeweiligen Lieferanten-Zielvereinbarungen und -bewertungen ein.

Zudem konnte der führende Anbieter von Kühllösungen für Industrieelektronik mit Hilfe eines externen Zertifizierungsspezialisten bei den wichtigsten Lieferanten ein ESA-Audit erfolgreich abschließen. Im Rahmen dieser Auditierung werden die Themen Arbeitsbedingungen, Entlohnung und Arbeitszeiten, Gesundheitsschutz, Sicherheitsmaßnahmen, Umweltschutz und Korruption geprüft und bewertet.

Im laufenden Geschäftsjahr sollen das vorhandene Qualitätsmanagementsystem ISO und das Umweltmanagementsystem ISO in ein System integriert werden.

Bildunterschrift:

CTX: erfolgreiche Rezertifizierung des Umweltmanagementsystems nach ISO

CTX erfolgreich nach ISO rezertifiziert

Der führende Anbieter anwendungsspezifischer Kühllösungen für Industrieelektronik überzeugte wiederholt im Umweltaudit nach ISO .

Flüssigkeitskühlkörper in allen Formen und Größen

Das stetig steigende Leistungsvermögen elektronischer Komponenten erfordert immer effektivere Kühltechniken. CTX Thermal Solutions bietet leistungsstarke, maßgeschneiderte Flüssigkeitskühlkörper für Hochleistungselektronik.

Für die effektive Abführung der Verlustleistung moderner Hochleistungselektronikbauteile verlassen sich Konstrukteure immer häufiger auf Flüssigkeitskühlkörper. Der Nettetaler Kühlkörper-Spezialist CTX Thermal Solutions bietet daher ein umfassendes Produktprogramm an entsprechenden Standard- sowie applikationsspezifisch maßgeschneiderten Kühllösungen an. Von einfachen Flüssigkeitskühlkörpern bis hin zu kompletten Kühlsystemen für Hochspannungsumrichter, Transportsysteme oder Computer ist alles dabei. Bei den Standardausführungen der Flüssigkeitskühlkörper werden drei grundsätzliche Kühlkörpertypen unterschieden: VLCP-, Blister- und Ultra-Hochleistungs-Kühlkörper.

VLCP-Kühlkörper wurden speziell für die Kühlung von Hochleistungsdioden entwickelt. Ihre patentierten Kühlkanäle maximieren die kühlende Oberfläche und sorgen damit für exzellente Kühlleistungen.

Blister-Kühlkörper eignen sich vor allem für Applikationen, bei denen eine robuste mechanische Platte für die Montage der Elektronikmodule erforderlich ist. Dabei werden die Kühlkanäle nicht in die Grundplatte gefräst, sondern in die Deckplatte gestanzt. Im Innern der Kühlkanäle erhöht eine Rippenstruktur die kühlende Oberfläche. Das spezielle Verfahren zur Herstellung der Kühlkanäle senkt die Fertigungskosten insgesamt und bietet eine größere Flexibilität bei der Anbringung der Montagebohrungen.

Den Ultra-Hochleistungskühlkörpern gemein ist eine extrem große Oberfläche. Diese wird wahlweise erreicht durch eine Rippenstruktur im Innern der Kühlkanäle oder durch speziell gefräste, verästelte Kanäle, sogenannte „meso channels“. Eine weitere Variante stellen in eine Aluminiumplatte eingelassene, breite und eng nebeneinander liegende Kupferrohre dar, bei denen die Hitze aus dem Bauelement durch mehr Kühlflüssigkeit schneller abtransportiert werden kann. Solche Ultra-Hochleistungskühlkörper bieten sich beispielsweise für die effektive Kühlung von modernen Hochleistungs-IGBT-Modulen an.

Sämtliche der genannten Flüssigkeitskühlkörper zeichnen sich durch einen geringeren Druckverlust gegenüber vergleichbaren Kühllösungen aus.

Mit speziellen Gehäusen den rauen Bedingungen in der Industrie trotzen

Netzteile für die Spannungsversorgung industrieller Antriebe benötigen eine spezielle Umhausung. Zur Pflichtübung gehört, die Elektronik gegen Staub und Berührung zu schützen. Aluminiumdruckgussgehäuse sorgen zudem für Kühlung und elektromagnetische Abschirmung; im direkten Umfeld eines kräftigen Elektromotors ist die EMV-Optimierung die Kür der Gehäusetechnik.

Drebach im Erzgebirge: Hier auf halbem Weg zwischen Chemnitz und der tschechischen Grenze beschäftigt die Firma Etasyn mehr als Mitarbeiter. Die Stromversorgungsspezialisten projektieren, entwickeln, fertigen und prüfen applikationsspezifische Netzteile und komplette Baugruppen für bis 5 kW elektrische Nennleistung. Dabei arbeitet das Unternehmen nach den Anforderungen und Vorgaben seiner Auftraggeber – Etasyn bietet ausschließlich kundenspezifische Produkte an.

Auch sehr effiziente Schaltnetzteile erzeugen im Betrieb eine spürbare Verlustleistung und damit Abwärme, die der Elektronik schaden könnte. Zudem ist eine solide elektrische Abschirmung erforderlich, um sowohl die Netzteile vor elektrischen und/oder magnetischen Feldern zu schützen, als auch die Umgebung vor Abstrahlungen zu sichern, die von den Schaltnetzteilen ausgehen: Unter diesen Randbedingungen ist klar, dass simple Kunststoff-Standardgehäuse nicht ausreichen würden, sondern solide Metallgehäuse nötig sind. Für diesen Zweck arbeitet Etasyn mit CTX zusammen.

<h2>Kühlung inbegriffen</h2>

Für die Netzteile zur Spannungsversorgung von industriellen Rollenantrieben und DC-Motoren mit Ausgangsleistungen von bis W wählte Etasyn daher Gehäuse aus Aluminiumdruckguss. Dieses Material ist leicht, gleichzeitig mechanisch sowie chemisch robust und schirmt die Elektronik besonders gut ab. Darüber hinaus zeichnet sich Aluminiumdruckguss auch durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit von W/m·K aus. Diese genügt, um im Fall der Antriebsnetzteile die entstehende Verlustleistung mit natürlicher Konvektion abzuführen.

Spezielle Maßnahmen wie Kühlrippen, die die Oberfläche vergrößern, sind dabei nicht nötig. Damit kann der Hersteller die Form und Oberflächenstruktur des Gehäuses auf die Anwendung hin optimieren, statt es mit Kühlrippen auszugestalten.

Da Etasyn seine Stromversorgungen auf Mikrocontroller-Basis baut, sind die Wirkungsgrade sehr hoch und damit Verlustleistungen auf einem sehr niedrigen Niveau. Im Fall der Netzteile für die Rollenantriebe beträgt der Wirkungsgrad typisch Prozent. Bei einem Gerät mit einer Nennleistung von W entspricht dies einer maximalen Verlustleistung von lediglich W – bei einer Umgebungstemperatur von °C bis °C ohne Derating.

<h2>Zusätzliche Dienstleistungen</h2>

Lieferant der Gehäuse ist die auf kundenspezifische Kühlkörper und metallische Elektronikgehäuse spezialisierte Firma CTX Thermal Solutions aus Nettetal. gegründet, beschäftigt CTX heute Mitarbeiter und hält gemessen am Umsatz einen nennenswerten Marktanteil in der Kühlkörperbranche. Allein Prozent des Kühlkörpergeschäfts erzielt CTX mit projekt- und applikationsspezifischen Produkten. Um Gehäuse aus Aluminiumdruckguss herzustellen, sind spezielle Werkzeuge beziehungsweise Gussformen erforderlich. Deren Anfertigung ist sehr kostenintensiv und lohnt nur, wenn der Kunde größere Stückzahlen benötigt.

Bei Etasyn ist das der Fall: Die Erzgebirger verbauen pro Jahr mehrere Tausend pulverbeschichtete Druckgussgehäuse, die mm in der Länge, mm in der Breite und mm in der Höhe messen. Der Deckel ist mit einer Polyurethan-Dichtung versehen. Damit ist das Gehäuse nicht nur gegen Staub und Berührung sondern auch gegen Spritzwasser gefeit, es erreicht die Schutzart IP. Zudem stattet CTX die Gehäuse nach Zeichnungsvorgabe des Kunden mit Bohrungen für die diversen Anschlüsse aus.

Als weitere Dienstleistung übernehmen die Nettetaler die Lagerhaltung für Etasyn. „Wir bevorraten bis zu zwei Lieferlose, also maximal Gehäuse“, erklärt CTX-Projektleiter Thomas Windeck. Die Drebacher rufen dann monatlich die benötigten Gehäuse in Nettetal ab und verbauen in ihnen Schaltnetzteile verschiedener Leistungsklassen mit Ausgangsspannungen von VDC bis VDC.

<h2>Kühlung für jede Art der Elektronik</h2>

Da Elektronikgehäuse auch eine kühlende Funktion übernehmen müssen, ist es von Vorteil, wenn der Gehäuselieferant gleichzeitig Spezialist für Elektronikkühlung ist. „Bei der Wahl eines Gehäuses für elektronische Bauteile müssen wir sehr früh wissen, wie hoch die zu erwartenden Verlustleistung ist“, erklärt Thomas Windeck. Danach richtet sich dann die Gestaltung der Elektronikummantelung. Im vorliegenden Fall reichte eine passive Kühlung über die glatte Gehäuseoberfläche aus. Diese arbeitet nach dem Prinzip der natürlichen Konvektion: Die erwärmte Luft steigt unmittelbar an der Grenze „Festkörper/Gas“ auf und wird durch die nachfolgende, kühlere Luft ersetzt. Diese Art der Kühlung ist ideal, weil sie die Anzahl der Bauteile in einem elektrischen Gerät und damit den Wartungsaufwand minimiert.

Leider reicht der Kühleffekt durch freie Konvektion in vielen Applikationen nicht aus. Um die Temperatur deutlicher zu senken, muss die erwärmte Luft aktiv vom Festkörper weg bewegt und gegen kühlere Luft ausgetauscht werden. Dies geschieht in der Praxis durch auf den Kühlkörper montierte Lüfter – das Produkt setzt auf erzwungene Konvektion. Für viele Anwendungen mit Hochleistungselektronik reicht aber selbst diese Kühlungsart nicht aus. Dann sind Lösungen auf der Basis von Flüssigkeitskühlkörpern gefragt, die die entstehende Wärme mit Hilfe von Flüssigkeit „wegschwemmen“.

<h2>Spezialist für Kühlung und Gehäuse</h2>

Als Full-Line-Anbieter hält CTX für nahezu jede Aufgabenstellung im Bereich der Hochleistungselektronik die richtige Kühllösung bereit. Basis dafür sind umfassendes Know-how und langjährige Erfahrung in der Konzeption und dem Vertrieb von Kühllösungen für das effektive Wärmemanagement von Hochleistungselektronik. „Bei Elektronikanwendungen gibt es kaum ein thermisches Problem, das wir mit unserem Produktportfolio nicht lösen könnten“, ist sich Thomas Windeck sicher. Die Auswahl der für den jeweiligen Anwendungsfall infrage kommenden Kühltechnologie erfolgt auf Basis der Kundendaten. Anschließend wird eine thermische Simulationen durchgeführt und danach die Entscheidung für die geeignete Kühltechnik getroffen, die dann in Produktion geht. Der Vorteil dieser Vorgehensweise: Der kostspielige Part der Prototypenfertigung entfällt oder wird drastisch reduziert. Der Kunde hält seine Lösung damit schneller in Händen – was Firmen wie Etasyn hilft, ebenfalls schneller am Markt zu sein.

Auf einen Blick

Gehäuse und Kühllösung in einem: Diese Doppelfunktion lässt sich mit Aluminiumdruckgussgehäusen umsetzen. CTX fertigt diese Gehäuse exakt nach Kundenvorgaben und bringt auch das eigene Wärmemanagement-Know-how ein: Durch eine thermische Simula­tion stellen die Nettetaler sicher, dass das Gehäuse seine Aufgaben erfüllt – ohne dafür Prototypen anfertigen zu müssen. Wenn dann Kunden wie der hier genannte Netzteilspezialist Etasyn eine effiziente Elektronik umhausen müssen, reicht die natürliche Konvektion am glatten Alu-Gehäuse aus.

(lei)

Neu: HDDC (High Density Die CastingProzess für Flüssigkeitskühlplatten und Hochleistungskühlkörper aus Aluminium

Kühllösungen wie Kühlkörper, Elektronikgehäuse, hochdichte Flüssigkeitskühlplatten und ähnliches müssen über bestimmte Eigenschaften verfügen, um Wärme effektiv ableiten zu können. Dazu zählen eine hohe thermische Leitfähigkeit, niedrige Porosität, Leckdichtigkeit und die Fähigkeit zur Ausprägung dünner Wände und hoher Rippen.

Das CTX-Partner-Unternehmen Aavid Thermalloy entwickelte zusammen mit universitären Partnern den High Density Die Casting (HDDCProzess. Die Technologie erlaubt die Fertigung endkonturnaher Teile mit besseren mechanischen und thermischen Eigenschaften als herkömmliche Druckgusselemente. Das Verfahren eignet sich speziell für die Herstellung von Hochleistungskühlkörpern und Flüssigkeitskühlplatten aus Aluminiumlegierungen mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit. Dabei sorgt eine neuartige Prozesssteuerung während des Verfestigungsprozesses für eine feine Kornstruktur mit nahezu Null Porosität.

Eingebettete Einsätze und Oberflächeneigenschaften

Kupfer, Graphit oder andere Feststoffe mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Aluminium können direkt in das gegossene Teil eingebettet werden. Der Prozess erzeugt eine belastbare mechanische Verbindung – nahezu ohne jede Porosität oder Lücke zwischen den Grenzflächen. Oberflächenmerkmale wie Rippen, Anlötteile oder Aussparungen passen zu den jeweiligen elektronischen Komponenten und der Befestigungstechnik.

Dünne Lamellen mit einem hohen Seitenverhältnis

HDDC-Kühlkörper verfügen über zahlreiche wichtige Vorteile gegenüber bearbeiteten, Druckguss- oder extrudierten Kühlkörpern. Die höhere thermische Leitfähigkeit gekoppelt mit vielfältigeren Möglichkeiten bei Lamellenkonfiguration, -Dicke und -Form sind einzigartige Vorzüge beispielsweise bei stiftförmigen, elliptischen oder radialen Kühllamellen. Viele dieser Eigenschaften können durch Extrusion oder herkömmliche Druckgusstechniken nicht erreicht werden. Zudem erlaubt der Prozess die Herstellung von Elektronikgehäusen mit Kühlrippen, die aufgrund ihrer dünneren Wände wesentlich leichter sind und über aufwendige Merkmale verfügen.

Verbesserter Nachbearbeitungsprozess

Die extrem dichte, porenfreie Gussteilqualität der HDDC-Kühlelemente erlaubt die problemlose Anwendung von Nachbearbeitungsverfahren wie Zerspanen, Hartlöten und Schweißen und damit auch die Realisierung leckdichter komplexer Baugruppen. Die Oberfläche der HDDC-Kühlkörper ist so glatt und dicht, dass bei nassen Oberflächenbehandlungen wie Anodisieren und Galvanisieren keine Elektrolyte in das Metall eindringen können.

Eigenschaften und Vorteile von HDDC-Kühlkörpern

• Gleichförmige Temperaturverteilung: 3D-Lamellen und Kühlkanäle sowie verbesserte geometrische Eigenschaften wie geringere Wandstärke, kleinerer Kühllamellenabstand und dünnere Kühllamellen sowie eine geringere Entformungsschräge optimieren die Strömungswege und sorgen damit für eine gleichmäßige Temperatur.

• Großserienfertigung: Wie das Druckgießen eignet sich auch der HDDC-Prozess für die Großserienfertigung inklusiver vorgefertigter Einsätze aus Kupfer, Edelstahl oder anderen Metallen für die Wärmeverteilung oder mit Gewinden versehener Einsätze für Armaturen oder Flüssigkeitsanschlüsse.
• Absolut sicher: Zur Herstellung von absolut dichten Flüssigkeitskühlplatten können Teile aus AL 6XXX-Legierungen einfach CAB- oder hartgelötet werden.