Kühlkörper
thumb|Kühlkörper aus Aluminium, wie er zur Kühlung von Prozessoren verwendet wirdEin Kühlkörper dient zur Erhöhung der Wärmeabfuhr von wärmeerzeugenden Komponenten.
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Ausführung
Kühlkörper bestehen aus einen gut wärmeleitfähigen Metall, z.B. Aluminium, Kupfer, Messing, oder auch Silber.
Eine Sonderstellung nimmt der Diamant mit einen etwa fünfmal besseren Wärmeleitkoeffizient gegenüber Silber ein. Darüber hinaus ist der Diamant ein elektrischer Nichtleiter. Daraus gefertigte Kühlkörper gelten als das Nonplusultra, nicht nur den Preis betreffend.
Je nach Ausführung ist es ein
- gerippter Metallblock, meist aus Aluminium-Strangguss
- Blech
- aufsteckbarer Kühlsterne aus Aluminiumblech
der auf der zu kühlenden Komponente (z.B. einem einzelnen Transistor oder Mikrochip) durch Schrauben, Klemmen oder Klammern befestigt wird.
Die Kontaktoberfläche zur kühlenden Oberfläche wird meist durch mechanischen Bearbeitung (Fräsen, Drehen, Feilen) eben hergestellt.
Funktion
Durch den geringeren Wärmeleitwiderstand zwischen der zu kühlenden Oberfläche und dem Kühlkörper, verbunden mit der höheren Wärmeleitfähigkeit des Kühlkörpermaterials wird die Wärmeabfuhr an das Kühlmedium (meist Luft) begünstigt. Dieses erlaubt höhere spezifische Wärmebelastungen an der wärmeübertragenden Oberfläche.
Anwendungen
Kühlkörper finden Verwendung in der Leistungs-Elektronik und in Computern, vor allem zur Kühlung von Leistungshalbleitern z.B. in Elektrolokomotiven, in Endstufen von HiFi-Verstärkern, für Peltier-Elemente in Kühltaschen, oder auch für Prozessoren.
Wärmeleitpaste
Die bei der Montage verbleibende Unebenheiten der Oberflächen führt zu Lufteinschlüssen, die - wegen der vergleichsweise geringen Wärmeleitfähigkeit der Luft - zu so genannten Wärmenestern führt. Zum Ausgleich von Unebenheiten und damit eine bessere Wärmeleitfähigkeit an der Übergangsstelle vom wärmeentwickelnden Bauteil zum Kühlkörper herzustellen, wird vor Montage meist spezielle Wärmeleitpaste aufgetragen. Ist eine galvanische Trennung erfolderlich kommen spezielle Scheiben aus Glimmer oder speziellem Kunststoff zum Einsatz.
Dimensionierung
Art und Größe des Kühlkörpers ist abhängig von der zu weiterleitenden Menge an Wärmeenrgie und der Kontaktoberfläche zwischen Wärmeerzeuger und Kühlkörper.
passive Kühlkörper
Ein passiver Kühlkörper wirkt vorrangig durch Konvektion: Die Umgebungsluft wird erwärmt, wird spezifisch leichter und steigt damit auf, wodurch kühlere Luft nachströmt. Bei der passiven Kühlung spielt auch die Wärmestrahlung eine Rolle, weshalb die Oberfläche von Kühlkörpern im Elektronikbereich schwarz eloxiert werden. Das am meist verwendete Material zur passiv Kühlung ist Aluminium. Gründe für die Verwendung von Aluminium: recht günstig im Einkauf, leichte Verarbeitung, gute Wärmeaufnahme, gute Wärmeverteilung, gute Wärmeabgabe an die Luft.
Im Verhältnis zu anderen Materialien wie z.B. Kupfer (bessere Wärmeaufnahme und Wärmeverteilung, aber schlechtere Wärmeabgabe an die Luft), sind die Menge an Eigenschaften von Aluminium für einen Passiv-Betrieb besser geeignet.
aktive Kühlkörper
Ein aktiver Kühlkörper besitzt einen Lüfter, der durch einen (Elektro-)Motor angetrieben wird, und immer einen Luftstrom liefert. Um den Leistungsbedarf und die Geräuschbildung zu mindern, können diese Lüfter mit einer temperaturgesteuerten Regelung ausgerüstet sein.