Grundlagen der Kühlkörper-Berechnung
Ein Technischer Überblick
Die Auslegung eines Kühlkörpers ist eine zentrale Aufgabe im thermischen Design elektronischer Systeme.
„Elektronische Bauelemente erzeugen während des Betriebs Verlustleistung, die in Form von Wärme an die
Umgebung abgeführt werden muss“, so Oliver Fröhler, JUNIOR Kühlkörper GmbH, Plettenberg.
„Wird dieser Wärmeabtransport nicht sichergestellt, können unzulässige Temperaturen erreicht werden, die
die Funktionsfähigkeit und Lebensdauer elektronischer Komponenten beeinträchtigen.“
Thermisches Widerstandsmodell und Rth-Wert
Das thermische Verhalten wird häufig durch ein serielles Netzwerk aus verschiedenen Wärmewiderständen beschrieben:
dem Übergang von der Sperrschicht zum Gehäuse, dem Widerstand zwischen Gehäuse und Kühlkörper sowie dem Widerstand
vom Kühlkörper zur Umgebung. Der resultierende Gesamtwärmewiderstand bestimmt den Temperaturanstieg bei gegebener
Verlustleistung.
Bedeutung der Strahlungsfläche und Geometrie
Die Wärmeabgabe erfolgt über Leitung, Konvektion und Strahlung. Die Größe der verfügbaren Oberfläche spielt eine
wesentliche Rolle für die Effizienz des Wärmeübergangs. „Faktoren wie Material, Lamellengeometrie und
Oberflächenbeschaffenheit beeinflussen das thermische Verhalten des Kühlkörpers“, erklärt Fachmann Oliver Fröhler.
Wärmeübergangskoeffizient und Zwangsbelüftung
Fröhler weiter: „Der Wärmeübergangskoeffizient beschreibt die Effizienz des konvektiven Wärmeabtransports.“
Bei natürlicher Konvektion ist dieser relativ gering. Durch Zwangsbelüftung, beispielsweise mit Lüftern, kann der
Wärmeübergang deutlich verbessert werden. Dies führt zu einer kleineren erforderlichen Oberfläche für denselben
Temperaturhub.
Vorgehensweise bei der Auslegung
Die Auslegung umfasst typischerweise die folgenden Schritte:
- Ermittlung der maximal zulässigen Bauteiltemperaturen
- Bestimmung der Verlustleistung in relevanten Betriebsszenarien
- Berechnung des erforderlichen Wärmewiderstands
- Auswahl oder Entwurf eines geeigneten Kühlkörperprofils
- Bewertung der Einbausituation und möglicher Luftströmungen
- Validierung durch Messungen oder Simulationen
Fazit:
„Eine fundierte Kühlkörperauslegung kombiniert thermisches Grundlagenwissen mit praktischen Abwägungen zu Geometrie,
Material, Kühlung und Einbaubedingungen. Eine systematische Vorgehensweise ermöglicht zuverlässige und effiziente
Lösungen für thermisch belastete elektronische Systeme“, erklärt Oliver Fröhler, JUNIOR Kühlkörper GmbH.
Grundlagen der Kühlkörperberechnung – Technischer Überblick
Die Auslegung eines Kühlkörpers ist eine zentrale Aufgabe im thermischen Design elektronischer Systeme. „Elektronische Bauelemente erzeugen während des Betriebs Verlustleistung, die in Form von Wärme an die Umgebung abgeführt werden muss“, so Oliver Fröhler, JUNIOR Kühlkörper GmbH, Plettenberg. „Wird dieser Wärmeabtransport nicht sichergestellt, können unzulässige Temperaturen erreicht werden, die die Funktionsfähigkeit und Lebensdauer elektronischer Komponenten beeinträchtigen.“
Thermisches Widerstandsmodell und Rth-Wert
Das thermische Verhalten wird häufig durch ein serielles Netzwerk aus verschiedenen Wärmewiderständen beschrieben: dem Übergang von der Sperrschicht zum Gehäuse, dem Widerstand zwischen Gehäuse und Kühlkörper sowie dem Widerstand vom Kühlkörper zur Umgebung. Der resultierende Gesamtwärmewiderstand bestimmt den Temperaturanstieg bei gegebener Verlustleistung.
Bedeutung der Strahlungsfläche und Geometrie
Die Wärmeabgabe erfolgt über Leitung, Konvektion und Strahlung. Die Größe der verfügbaren Oberfläche spielt eine wesentliche Rolle für die Effizienz des Wärmeübergangs. „Faktoren wie Material, Lamellengeometrie und Oberflächenbeschaffenheit beeinflussen das thermische Verhalten des Kühlkörpers“, erklärt Fachmann Oliver Fröhler.
Wärmeübergangskoeffizient und Zwangsbelüftung
Fröhler weiter: „Der Wärmeübergangskoeffizient beschreibt die Effizienz des konvektiven Wärmeabtransports.“
Bei natürlicher Konvektion ist dieser relativ gering. Durch Zwangsbelüftung, beispielsweise mit Lüftern, kann der Wärmeübergang deutlich verbessert werden. Dies führt zu einer kleineren erforderlichen Oberfläche für denselben Temperaturhub.
Vorgehensweise bei der Auslegung
Die Auslegung umfasst typischerweise die folgenden Schritte:
- Ermittlung der maximal zulässigen Bauteiltemperaturen
- Bestimmung der Verlustleistung in relevanten Betriebsszenarien
- Berechnung des erforderlichen Wärmewiderstands
- Auswahl oder Entwurf eines geeigneten Kühlkörperprofils
- Bewertung der Einbausituation und möglicher Luftströmungen
- Validierung durch Messungen oder Simulationen
Fazit:
„Eine fundierte Kühlkörperauslegung kombiniert thermisches Grundlagenwissen mit praktischen Abwägungen zu Geometrie, Material, Kühlung und Einbaubedingungen. Eine systematische Vorgehensweise ermöglicht zuverlässige und effiziente Lösungen für thermisch belastete elektronische Systeme“, erklärt Oliver Fröhler, JUNIOR Kühlkörper GmbH.
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Produktbezogene Fragen
Ein Kühlkörper ist ein technisches Bauteil zur passiven Wärmeableitung. Kühlkörper werden eingesetzt, um die bei elektronischen oder mechanischen Komponenten entstehende Wärme effizient an die Umgebung abzugeben und so eine Überhitzung zu verhindern.
Typische Einsatzbereiche: Leistungselektronik, Antriebstechnik, Medizintechnik, Wechselrichtertechnik sowie Kommunikations- und Steuerungssysteme
JUNIOR Kühlkörper bietet ein breites Spektrum an Kühlkörpern – von Standardlösungen bis hin zu hochspezialisierten Sonderanfertigungen. Je nach thermischer Anforderung, Einbausituation und Stückzahl kommen unterschiedliche Fertigungsverfahren und Bauformen zum Einsatz.
Unser Portfolio umfasst unter anderem:
- Stranggepresste Kühlkörper und Präzisionsbauteile
- Rührreibgeschweißte Kühlkörper (FSW)
- Kühlkörper mit integrierter Flüssigkeitskühlung
- Sonderprofile und maßgeschneiderte Lösungen
Nach Kundenvorgabe gefertigt – vom Prototyp bis zur Serie
Es gibt zwei einfache Wege, den passenden Kühlkörper für Ihre Anwendung zu finden:
- Senden Sie uns Ihre Anfrage– Wir beraten Sie individuell und entwickeln gemeinsam mit Ihnen eine maßgeschneiderte Lösung, abgestimmt auf Ihre thermischen und mechanischen Anforderungen.
- Nutzen Sie unseren JK-Profilfinder– Dort finden Sie eine Auswahl an Standardprofilen, die je nach benötigten Maßen gefiltert werden können. So erhalten Sie schnell einen Überblick über verfügbare Geometrien und Abmessungen. Zum Produktfinder
Für die Herstellung von Kühlkörpern eignet sich am besten ein Aluminium-Strangpressprofil, da es eine hohe Wärmeleitfähigkeit, ein geringes Gewicht und eine gute Bearbeitbarkeit vereint. Zudem ist Aluminium korrosionsbeständig und lässt sich gut eloxieren oder beschichten.
Gängige Aluminiumlegierungen für Kühlkörper sind:
EN AW-6060 / 6101B
→ Sehr gut extrudierbar und zerspanbar, ideal für Standard- und Sonderprofile
EN AW-6082
→ Höhere Festigkeit, gut zerspanbar
EN AW-1050 / 1070
→ Reinaluminium mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeit
EN AW-5754
→ Gute Korrosionsbeständigkeit, geeignet für spezielle Anwendungen
Fertigungs- und Bearbeitungsfragen
Ja, Junior Kühlkörper bietet die Bearbeitung von maßgeschneiderten Kühlkörpern und Sonderprofilen exakt nach Kundenwunsch an. Unsere Produktion ist darauf ausgelegt, individuelle Anforderungen in Bezug auf Geometrie, Material, Bearbeitung und Oberfläche umzusetzen.
Unsere Leistungen im Bereich Sonderanfertigung:
- Individuelle und ressourcenschonende Profil-Geometrien für optimale Wärmeabfuhr und Bauraumnutzung
- Mechanische Bearbeitung wie Fräsen, Bohren, Rührreibschweißen u. v. m.
- Oberflächenveredelung (z. B. Eloxieren, Pulverbeschichten)
- Fertigung nach Zeichnung, CAD-Modell oder Musterteil
- Prototypen, Kleinserien und Serienproduktion
Ja, bei Junior Kühlkörper fertigen wir Kühlkörper und Aluminiumbauteile präzise nach Kundenvorgabe. Ob CAD-Zeichnung, technische Skizze oder Musterteil – unsere Produktion ist darauf ausgelegt, individuelle Anforderungen zuverlässig umzusetzen.
Reibrührschweißen (engl. Friction Stir Welding, kurz FSW) ist ein innovatives, mechanisches Schweißverfahren, bei dem zwei Werkstücke durch Reibung und plastische Verformung miteinander verbunden werden – ohne dass das Material aufgeschmolzen wird. Ein rotierendes Werkzeug wird unter Druck entlang der Fügestelle geführt und erzeugt durch Reibung Wärme, die das Material plastisch verformt und vermischt. Nach dem Abkühlen entsteht eine hochfeste, homogene Verbindung.
Dieses Verfahren kommt bei Junior Kühlkörper z. B. zum Einsatz, wenn komplexe Aluminiumbauteile mit hoher Präzision und Festigkeit gefügt werden sollen – etwa bei Kühlkörpern mit integrierten Kühlkanälen oder bei Gehäusen für Leistungselektronik.
Unsere moderne CNC-Bearbeitung ermöglicht die präzise Herstellung von Bauteilen mit anspruchsvoller Geometrie.
Unsere CNC-Kompetenzen im Überblick:
- 5-Achs-Bearbeitung für komplexe Konturen und Freiformflächen
- Bearbeitung von Langträgerprofilen bis zu 16m
- Fertigung nach CAD-Modell oder technischer Zeichnung
- Kombination mit anderen Verfahren wie Reibrührschweißen und Oberflächenveredelung
- Hohe Maßgenauigkeit und Wiederholbarkeit, vor allem bei Serienfertigung
Ob Gehäuse, Kühlkörper mit integrierten Funktionen oder präzise Aluminiumbauteile für die Industrie – wir setzen Ihre Anforderungen effizient und qualitätsbewusst um.
Je nach technischer Anforderung oder optischem Anspruch kann die Oberfläche Ihres Kühlkörpers oder Aluminiumbauteils gezielt veredelt werden. Dies dient z. B. der Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit, dem Korrosionsschutz oder der optischen Aufwertung.
Folgende Oberflächenbehandlungen bieten wir an:
- Eloxieren
- Chromatieren
- Pulverbeschichten
- Vernickeln
- Verzinnen
- Vergolden
- Versilbern
- Kugelstrahlen
- Sonstige Veredelungen auf Anfrage
Unsere Fertigung eignet sich sowohl für Bemusterungen und Prototypen als auch für Serienproduktionen. Gerne prüfen wir Ihre Zeichnung auf technische Machbarkeit und beraten bei Bedarf zur Optimierung.
Schicken Sie uns Ihre Anfrage über einen unserer Ansprechpartner.
Lieferung, Service & Qualität
Standardprofile
Diese sind in der Regel kurzfristig verfügbar und können – je nach Lagerbestand und Bearbeitungsaufwand – innerhalb weniger Werktage geliefert werden.
Sonderprofile und maßgeschneiderte Kühlkörper
Die Lieferzeit richtet sich nach Komplexität, Materialverfügbarkeit und Bearbeitungsumfang. Hier werden individuelle Vereinbarungen getroffen.
Für eine verbindliche Aussage zur Lieferzeit empfehlen wir, uns direkt zu kontaktieren oder Ihre Anforderungen über unser Kontaktformular einzureichen. Unser Team meldet sich schnellstmöglich mit einem konkreten Angebot und Zeitrahmen.
Unsere Produkte erfüllen höchste Qualitätsanforderungen – sowohl in der Fertigung als auch in der Prüfung. Wir setzen auf präzise Fertigungstechnologien, kontinuierliche Qualitätskontrollen und eine enge Abstimmung mit unseren Kunden, um gleichbleibend hohe Standards sicherzustellen.
Unsere Qualitätsmerkmale im Überblick:
- Fertigung nach DIN- und ISO-Normen
- Wareneingangs- und Endkontrollen zur Sicherstellung von Maßhaltigkeit Qualität
- Dokumentierte Prüfprozesse bei Sonderanfertigungen und Serien
- Moderne CNC-Technik und qualifiziertes Fachpersonal
- Messprotokolle und Erstmusterprüfberichte auf Wunsch verfügbar