Spis treści:
- 1 Auswahl von Kühlkörpern für Computerbesitzer, Elektronikingenieure und Maker
- 2 Welche Faktoren sind bei der Auswahl eines Kühlkörpers entscheidend?
- 3 Material des Kühlkörpers und Wärmeleitfähigkeit
- 4 Passive Kühlung und aktive Kühlung
- 5 Geometrie des Kühlkörpers
- 6 Ein guter Kompromiss: Aluminium-Kupfer-Kühlkörper
- 7 Kühlkörper – FAQ
Der elektrische Stromfluss in elektrischen und elektronischen Schaltungen und Systemen erzeugt als Nebeneffekt Wärme. Aus diesem Grund werden Kühlkörper eingesetzt, um die Effizienz der Wärmeableitung deutlich zu erhöhen.
Auswahl von Kühlkörpern für Computerbesitzer, Elektronikingenieure und Maker
Der Artikel beschreibt die technischen Details und Unterschiede zwischen Aluminium- und Kupferkühlkörpern zur Kühlung von Computerprozessoren.
Welche Faktoren sind bei der Auswahl eines Kühlkörpers entscheidend?
Wie wähle ich einen Kühlkörper aus? Das Problem der Auswahl eines Kühlkörpers hängt von vielen Faktoren ab, die mit dem Design des Kühlsystems zusammenhängen. Unter diesen Faktoren sollten wir auf jeden Fall erwähnen:
- Gesamtkosten für die Installation der Kühlung,
- die Art und Weise, wie die Leiterplatten montiert sind (längs oder quer),
- die maximale mechanische Belastung der gekühlten Komponente (z.B. des Prozessors),
- Freiraum um den Montagebereich des Kühlkörpers,
- maximaler Luftstrom in und aus der Zone des gekühlten Elements,
- Abmessungen des gekühlten Elements,
- die höchste Komponententemperatur, die keine spürbaren Leistungseinbußen in Form von Bildruckeln bei Spielen oder Videowiedergabe verursacht.
Material des Kühlkörpers und Wärmeleitfähigkeit
Neben den oben genannten Konstruktionsfaktoren spielt das Material des Kühlkörpers eine sehr wichtige Rolle bei der Wärmeableitung. Die gebräuchlichsten Materialien für Kühlkörper sind Aluminium und Kupfer. Der deutliche Unterschied zwischen diesen Metallen liegt in der Wärmeleitfähigkeit selbst, die bei Aluminium 200 W/mk und bei Kupfer etwa 370 W/mk beträgt. Ein Grund für diese Eigenschaft ist, dass Kupfer mit 8940 kg/mk mehr als dreimal so dicht ist wie Aluminium. Übersetzt mit www.DeepL.com/Translator (kostenlose Version) 3.
Dies ist auch der Grund, warum Kupferkühlkörper bis zu dreimal teurer sind als Aluminiumkühlkörper mit den gleichen Abmessungen. Obwohl Kupfer aufgrund seiner höheren Dichte eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium aufweist, hat dies leider auch den Nebeneffekt, dass das Gewicht des Kühlkörpers steigt. Dies ist von Nachteil, denn je schwerer der Kühlkörper ist, desto mehr mechanische Belastung bringt er in die Struktur ein und kann bei unsachgemäßer Montage sogar die gekühlte Komponente (z. B. die CPU) beschädigen. Übersetzt mit www.DeepL.com/Translator (kostenlose Version)
Eine weitere Komponente, die sich stark auf die Wärmeleitfähigkeit auswirkt, ist die Paste, der wärmeleitende Klebstoff oder die selbstklebenden Thermopads. Je besser die Wärmeleitpaste ist, die wir wählen, desto besser können wir die Wärme zwischen dem Prozessor und dem Kühlkörper ableiten.
Passive Kühlung und aktive Kühlung
Neben den thermischen und mechanischen Eigenschaften des verwendeten Kühlkörpers beeinflusst auch das Design der anderen Komponenten des Kühlsystems die Kühlleistung. In dieser Hinsicht unterscheiden wir zwischen passiver und aktiver Kühlung. Bei der passiven Kühlung wird die Wärme auf dem Kühlkörper abgeleitet und durch die natürlich erzwungene Luftbewegung an die Umgebung abgegeben. Bei der aktiven Kühlung hingegen wird die Luftbewegung durch die Unterstützung eines zusätzlichen Lüfters künstlich erzwungen. Eine aktive Kühlung bietet eine viel effizientere Wärmeableitung und wird daher häufig in Computern und anderen elektronischen Geräten eingesetzt, in denen sich integrierte Schaltkreise und andere Komponenten während des Betriebs stark erhitzen.
Geometrie des Kühlkörpers
Die Geometrie des Kühlkörpers ist ebenfalls wichtig für die Effizienz der Wärmeübertragung an die Atmosphäre. Typischerweise besteht ein Kühlkörper aus einem Sockel, der an das gekühlte Element angrenzt, und Rippen, die parallel oder senkrecht mit dem Sockel verbunden sind. Die einzelnen Kühlrippen können verschiedene Formen haben – rechteckig, trapezförmig oder mit einem abgerundeten Profil – wobei darauf zu achten ist, dass ihre Kanten nicht zu scharf sind, um die Verletzungsgefahr bei Montage- und Wartungsarbeiten zu verringern. Je größer die Oberfläche des Kühlkörpers ist, desto günstiger ist der Wärmeaustausch mit der Umgebung.
Ein guter Kompromiss: Aluminium-Kupfer-Kühlkörper
Der durchgeführte Vergleich hat gezeigt, dass sowohl Aluminium als auch Kupfer ihre Vorteile haben, die für ihre Verwendung als Rohmaterial bei der Herstellung von Kühlkörpern sprechen, obwohl sie nicht ohne Nachteile sind. Das beste Ergebnis erzielen Sie, wenn Sie die Vorteile dieser Materialien kombinieren und sie zusammen in einer Konstruktion verwenden. Zu diesem Zweck ist es am besten, einen Kühlkörper zu entwerfen, dessen Basis aus Kupfer besteht und dessen Kühlrippen aus Aluminium gefertigt sind.
Bei dieser Lösung ist der Kupfersockel in Kontakt mit der gekühlten Komponente, wo der Wärmewert am höchsten ist, und aufgrund der schnellen Wärmeaufnahme von Kupfer ist es einfacher, die Wärmeenergie zu den Kühlrippen zu leiten. Darüber hinaus können wir die Wärmeableitung erhöhen, indem wir den Kupfersockel mit einer Nickelschicht überziehen. Ein solcher Kühlkörper leitet die Wärme immer noch sehr effizient ab und gleichzeitig wird sein Gewicht durch die Verwendung von Aluminiumlamellen erheblich reduziert.
