Wärmemanagement Offenporiger Aluminiumguss bietet bessere Eigenschaften

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Offenporiger Aluminiumguss ist eine neue Leichtbau-Werkstoffklasse mit vielversprechenden Eigenschaften für das Wärmemanagement. Auf den Cooling Days 2024 stellt Eugen Pfeifer von Automoteam die Vorteile und Einsatzmöglichkeiten vor.

Die Kühlkörper aus neuer Leichtbau-Werkstoffklasse – offenporigem Aluminiumguss – unterscheiden sich substanziell von konventionellen massiven Kühlkörpern mit Rippen, Lamellen und Pins, konventionellen Aluminiumschäumen sowie generativ hergestellten Kühlkörpern.

Der offenporige Aluminium-Kokillenguss ist eine verbesserte Leichtbau-Werkstoffklasse mit multifunktionalen und multistrukturellen Eigenschaften. Das Material, das mit Kochsalz als Hilfsmittel hergestellt wird, ist leicht, mechanisch und thermisch hoch belastbar sowie auf unterschiedliche Arten als Monomaterial oder Multimaterialsystem hybridisierbar.

Höhere Wärmeleitfähigkeit und Druckfestigkeit

Das Material hat eine bis zu 8-fach höhere Materialdichte, eine bis zu 8-fach höhere Wärmeleitfähigkeit und eine bis zu 20-fach höhere Druckfestigkeit als herkömmliche Aluminiumschäume. Die Porengröße kann anwendungsspezifisch von 5 µm bis zu mehreren Zentimetern und die Dichte zwischen 0,8 g/cm³ und 1,3 g/cm³ eingestellt werden. Für unterschiedliche Anwendungen stehen verschiedene Optionen zur Verfügung, um die Materialeigenschaften spezifisch anzupassen.

Zu den verbesserten, für das Wärmemanagement interessanten Eigenschaften zählen beispielsweise:

• multimodale Porenmorphologie mit verbesserter Wärmeübertragung,

• direkte Übertragung von Wärme von Hot Spots auf Trägermedien durch einen Konduktions-Konvektions-Mechanismus,

• bessere Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion bei kleineren Abmessungen und Gewicht,

• bessere Strömungsakustik und Richtungsunabhängigkeit des Kühlkreislaufs,

• große Vielfalt an möglichen Materialeinstellungen, Architekturen und Designs für ein breites Anwendungsspektrum,

• große Designfreiheit für Kühlkörper, Strömungskreisläufe, Platinen Layouts, Gerätedesigns und Komponenten-Packages,

• hohe Integrationsfähigkeit in Bauräume, Hybridsysteme und Funktionsbündel,

• optional einstellbarer Kapillareffekt zur schnellen Beförderung des Kühlmittels weg vom Hotspot,

• optional einstellbarer Lotus-Effekt zum Schutz vom Spritz- und Kondenswasser,

• optional einstellbare Vibrationsdämpfung und Schalldämpfer Funktion für integrierte Lüfter,

• optional einstellbare Filterfunktion für Gase und Fluide,

• nachhaltige Technologie für Produktion in kleinen, mittleren und großen Stückzahlen.

Knowhow und Networking-Event für Leistungselektronik- und Stromversorgungsexperten

Power of Electronics am 11. und 12. September 2024 in Würzburg

Das Elektronikevent für Entwickler und Ingenieure bündelt sechs Spezialkonferenzen, die sich angefangen von der effizienten Stromversorgung über die intelligente Nutzung von elektrischer Leistung, effektiver Elektronikkühlung, neuester Relaistechnik, bis hin zur geordneten Abführung der überschüssigen Energie erstrecken.
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Der Einfluss der Materialeigenschaften

Die Effizienz der Kühlung hängt direkt von den Materialeigenschaften, der Größe der Wärmeübertragungsfläche, der Form und den Oberflächeneigenschaften des Festkörpers, den Fluideigenschaften, der Strömungsform, der Strömungsgeschwindigkeit, der Viskosität und der Wärmeleitfähigkeit ab. Die PORECOOL-Kühlsysteme werden in beliebigen Geometrien und Abmessungen aus Reinaluminium oder Al-Legierungen hergestellt. Im Vergleich mit konventionellen Kühlkörper bieten sie bei vergleichbarer Konstruktion:

• bis zu 10 mal größere Oberfläche für konvektiven Wärmeübergang,

• höhere Wärmeleitfähigkeit von Reinaluminium Al99,5

• höherer effektiver Emissionsgrad der porösen Gussoberfläche,

• besserer Wärmeübergangskoeffizient

• um 70 Prozent geringeres Gewicht.

Vortrag auf den Cooling Days 2024

Eugen Pfeifer vom Automoteam Pfeifer wird auf dem Praxistag der Cooling Days 2024 am 12. September einen Vortrag zum Thema Poröses Aluminium für kompakte und leistungsstarke Kühlsysteme halten. Im Vorfeld gibt Eugen Pfeifer Antworten auf Fragen rund um die Cooling Days.

Herr Pfeifer, warum ist das Thema Ihres Vortrags besonders relevant für unsere Teilnehmer?

Die fortschreitende Miniaturisierung und die steigenden Anforderungen an Zuverlässigkeit und Lebensdauer elektronischer, mechatronischer und teilweise auch mechanischer Systeme erfordern immer bessere Konzepte für die Entwärmung.

Neuartige Leichtbau-Kühlsysteme aus porösem Aluminium unterscheiden sich wesentlich von konventionellen massiven Bauteilen mit Rippen, Lamellen und Stiften, offenzelligen Aluminiumschäumen sowie generativ gefertigten Kühlkörpern. Mit ihren neuen thermischen, mechanischen, strömungstechnischen, akustischen und technologischen Eigenschaften ermöglichen sie unkonventionelle Lösungen im Wärmemanagement mit neuen technischen, ökonomischen und ökologischen Potenzialen.

Was sind die wichtigsten Aspekte Ihres Vortrags?

In meinem Vortrag möchte ich zunächst auf die neue Leichtbauwerkstoffklasse für das Wärmemanagement eingehen. Anschließend werde ich auf die Ergebnisse einer Machbarkeitsstudie inkl. der Überführung in die Serienfertigung eingehen: Substitution eines konventionellen Profilkühlkörpers durch einen rund 70 Prozent kleineren und leichteren porösen Kühlkörper.

Abschließend gebe ich einen Ausblick auf Potenziale für andere oder ganz neue Produktgruppen wie Wärmespeicher oder Kühlkörper für thermisch belastete Kunststoffteile sowie die digitale Produktentwicklung.

Was lernen unsere Teilnehmer in Ihrem Vortrag?

Poröses Aluminium ist eine etablierte und kostengünstige Serientechnik. Die daraus resultierenden Kühlsysteme sind leichter, kleiner, leiser, multifunktionaler und langlebiger als konventionelle Kühlsysteme. Schließlich bieten sie neue Lösungsansätze für komplexe Probleme und neue Potenziale für die thermische Optimierung von Produkten.

 (heh)

Die Cooling Days sind Teil des Fachkongresses Power of Electronics als Knowhow und Networking-Event für alle Leistungselektronik- und Stromversorgungsexperten.

Cooling Days 2024

Die Grundlagen rund um das Wärmemanagement

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