Leistungsfähige, homogene und dichte Gefüge

Wilfried Schmitz, Geschäftsführer, CTX Thermal Solutions, Nettetal

Große Bodenplatten mit kurzen oder langen Stiften, Aussparungen im Stiftbett oder aus zwei Teilen mit innenliegenden Kühlstiften gelötete Flüssigkeitskühlkörper – mit dem Verfahren des Fließpressens ist fast alles machbar. Basis und Stifte des Kühlkörpers können beispielsweise auch entsprechend des zu kühlenden elektronischen Bauteils geformt werden, um auf diese Weise den Kontakt zwischen Bauteil und Kühlkörper zu optimieren. Da das Fließpressen zu einer präzisen Formgebung führt, gelangt die Wärme dann direkt, ohne jeden Mediator und damit ohne zusätzlichen Widerstand, in die Kühlrippen.

Sowohl die Oberflächenqualität als auch die Formgenauigkeit kaltfließgepresster Kühlkörper ist tatsächlich so hoch, dass eine mechanische Nachbehandlung nur in ganz wenigen Anwendungsfällen erforderlich ist. Außerdem verhindert der spezielle Umformprozess die Bildung von Luftblasen und Lunkern sowie den Einschluss von Fremdkörpern und durch das besonders homogene und dichte Gefüge ist die thermische Leitfähigkeit des fertigen Produkts höher als die des Rohmaterials. Im Gegensatz dazu ist es beispielsweise bei Druckgusskühlkörpern sowie gefrästen und gelöteten Kühlkörpern aufgrund der Herstellungsweise möglich, dass Lücken entstehen oder sich eine Luftschicht zwischen Bauteil und Kühlkörper ergibt. Neben der hohen Formtreue bieten die fließgepressten Kühlkörper außerdem eine besonders glatte Oberfläche. Diese kann durch anodisieren wahlweise silbern, schwarz, rot oder weiß gefärbt oder auch elektrolytisch vernickelt werden – ohne Einschränkungen der Kühlleistung.

Verarbeitet wird beim Fließpressen vor allem Reinaluminium (AL1070/AL1050) oder Reinkupfer (CU1100/CU1020). Die thermische Leitfähigkeit von Kühlkörpern aus diesen Materialien ist mit 226 W/mK beziehungsweise 400 W/mK deutlich höher als jene von Aluminiumdruckguss-Kühlkörpern (96 W/mK) oder extrudierten Aluminiumkühlkörpern (155 W/mK bis 200 W/mK). Bei gleichem Kühlkörper-Design und -Volumen besitzt ein kaltfließgepresstes Bauteil daher eine deutlich höhere Kühlleistung. Beispielsweise ist ein im Fließpressverfahren hergestellter Aluminiumkühlkörper in der Lage, eine 5-Watt-LED-Leuchte zu kühlen, während ein Druckguss-Kühlkörper gleichen Materials und Designs lediglich eine 3-Watt-LED entwärmt. Zugleich ist das kaltfließgepresste Bauteil zweimal leichter. Da zudem auch die Werkzeugkosten rund 10 bis 20 % unter denen für Druckgussverfahren liegen, sind kaltfließgepresste LED-Kühlkörper trotz des Einsatzes des teureren Reinaluminiums insgesamt um 20 % günstiger als herkömmliche Druckgusskühlkörper, die bisher für den gleichen Zweck verwendet werden. Damit bieten sie sich unter anderem besonders als Kühllösung für Hochleistungs-LED-Leuchten an.

Bei der Herstellung eines kaltfließgepressten Kühlkörpers wird ein flacher Metallrohling, der in etwa das gleiche Volumen wie das fertige Produkt besitzt, bei Raumtemperatur unter hohem Druck zum Fließen gebracht. Das Material füllt dabei sukzessive alle Hohlräume des Formwerkzeugs aus. Obwohl typischerweise rund und symmetrisch aufgebaut, sind, wie bereits erwähnt, auch individuell geformte Fließpressteile herstellbar: Von zylindrischen Stiften über dünne Lamellen bis hin zu quadratischen Stab- oder hexagonalen Säulenformen ist alles möglich. Die Dicke der Kühlstifte kann dabei bis zu 0,7 mm betragen, bei einer Minimaldistanz zwischen den einzelnen Stiften von 1,0 mm. Die dünnen und dicht gesetzten Rippen vergrößern die kühlende Oberfläche wesentlich und unterstützen damit die Konvektion. Da sich die Luft in kaltfließgepressten Kühlkörpern zudem in drei Richtungen, statt – wie in extrudierten Kühlkörpern mit langen Kühlrippen – nur in zwei Dimensionen bewegt, ist ihre Kühlleistung höher. I

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