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Industrie-PCs: Die Kühlung macht’s

Die Rechenleistung in eingebetteten Systemen und Industriecomputern steigt stetig – und mit ihr die Verlustleistung. Deshalb bedarf es eines effektiven Wärmemanagements. Eine Simulation hilft, die passenden Kühlkörper und Gehäuse auszuwählen.

Kühlung Bildquelle: © CTX Thermal Solutions

Der zunehmende Vernetzungs- und Digitalisierungsgrad von Maschinen und Anlagen fordert beständig kleinere Endgeräte bei gleichzeitig wachsender Rechner- aber auch Verlustleistung. Um eine zuverlässige Funktion und lange Lebensdauer der leistungsstarken Elektronik zu sichern, sind daher ebenso kompakte wie effiziente Kühllösungen zur Abführung der Prozessorwärme gefragt. Für die schnelle Abführung der Verlustleistung der Systeme sorgen spezielle CNC-gefertigte Kühlkörper für die aktive oder passive Kühlung. Dazu zählen Heatspreader-Lösungen mit integrierten Heatpipes ebenso wie Kühlkörper mit Kupfer-Inlay und auch kühlende Gehäuselösungen. Dabei werden die Kühlkörper in der Regel direkt am Hotspot montiert, also dort, wo die Wärme-Entwicklung am größten ist. Starke Hitze, die die Leistungsfähigkeit des Systems schwächt, kann so gar nicht erst entstehen.

Heatpipes für eine starke Kühlung

Speziell für Embedded-Systeme und Industrie-PCs bieten sich unter anderem Kühllösungen mit integrierten Heatpipes an. Die flüssigkeitsdurchströmten Rohre steigern die Effizienz des Kühlkörpers deutlich, denn sie leiten die Wärme aus der heißen Bodenplatte in die kälteren Lamellen ab. Weitere Vorteile von Kühlkörpern mit Heatpipes sind neben der besseren Wärme-Abfuhr die komplett Lage-unabhängige Montage dank der Kapillarwirkung der Lamellen, der geringere Wärmewiderstand als bei reinen Metallkühlkörpern sowie der überschaubare Platzbedarf der Kühllösung.

Eine weitere Lösung sind Kühlkörper mit Kupfer-Inlay. Denn Kupfer ist nicht nur ein exzellenter Strom-, sondern auch ein hervorragender Wärmeleiter. Das Metall besitzt mit 395 W/(m•K) die höchste Wärmeleitfähigkeit aller Metalle und kühlt damit noch besser als das typische Kühlkörpermaterial Aluminium. Diese Eigenschaft macht sich CTX in der Kühlkörpertechnologie insbesondere beim Design von Hochleistungskühlkörpern für die Kühlung von eingebetteten Systemen zunutze. Da Kupfer allerdings mit einer Dichte von 8,92 g/cm³ auch deutlich schwerer ist als Aluminium (2,71 g/cm³), wird das Material in Kühlkörpern häufig mit Aluminium kombiniert. Beispiele hierfür sind Aluminiumkühlkörper mit einem Kupfer-Inlay zur direkten Installation am Hotspot oder Flüssigkeitskühlkörper aus einer Aluminiumplatte mit eingelegten Kupferrohren, durch die die Kühlflüssigkeit strömt. In diesem Fall sitzt das zu kühlende Bauteil direkt auf dem Kühlkörper und sorgt für eine schnelle Ableitung der Wärme.