Eigenschaften wie hohe Wärmeleitfähigkeit und -verteilung sowie eine präzise verarbeitete Oberfläche sind entscheidend für die effiziente Kühlwirkung eines Kühlkörpers. Kalt fließgepresste Kühlkörper haben bei all diesen Anforderungen gute Werte. Zum Beispiel ist ihre Kühlleistung 200 Prozent höher als die von gleichdimensionierten Druckgusskühlkörpern und 100 Prozent höher als die von extrudierten Kühlkörpern. Damit sind kalt fließgepresste Kühlkörper derzeit die beste Kühllösung für Hochleistungs-LED-Leuchten. Wobei dem Design kaum Grenzen gesetzt sind und auch andere Anwendungen in Betracht kommen.
Hergestellt werden die Kühlkörper mit dem formgebenden Verfahren des Fließpressens. Verwendet wird es vor allem zum Verarbeiten von Reinaluminium (AL1070/AL1050), aber auch von Reinkupfer (CU1100/CU1020). Ein flacher Metallrohling, der in etwa das gleiche Volumen wie das fertige Produkt besitzt, wird beim Fließpress-Verfahren bei Raumtemperatur unter hohem Druck zum Fließen gebracht. Das Material füllt dann sukzessive alle Hohlräume des Formwerkzeugs aus. Obwohl typischerweise rund und symmetrisch aufgebaut, sind auch individuell geformte Fließpressteile herstellbar.
Insgesamt haben Fließpressteile zahlreiche positive Eigenschaften. Ihre Materialstruktur ist homogen und dicht, da der spezielle Umformprozess die Bildung von Luftblasen und Lunkern sowie den Einschluss von Fremdkörpern verhindert. Als Konsequenz des homogenen und dichten Gefüges ist die thermische Leitfähigkeit des fertigen Produkts höher als die des Rohmaterials. Oberflächenqualität und Formgenauigkeit sind so hoch, dass eine mechanische Nachbehandlung nur in ganz wenigen Anwendungsfällen erforderlich ist.
Hohe Gestaltungsfreiheit für viele Anwendungen
Aufgrund dieser Charakteristiken eignet sich das Verfahren des Fließpressens für die Herstellung von leistungsstarken Stift-Kühlkörpern für Hochleistungs-LEDs. Überdies können kalt fließgepresste Kühlkörper in vielen Anwendungen kleinere Druckgusskühlkörper aus Aluminium ersetzen.
Das Verfahren des Fließpressens bietet sich besonders für die Produktion kleiner projektspezifischer Serien an. Der Formgebung der Stifte und Rippen sind hierbei kaum gestalterische Grenzen gesetzt: 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 mm. Die dünnen und dicht gesetzten Rippen vergrößern die kühlende Oberfläche und unterstützen damit die Konvektion. Da sich die Luft in kalt fließgepressten Kühlkörpern zudem in drei Richtungen, statt nur in zwei Dimensionen wie in extrudierten Kühlkörpern mit langen Kühlrippen, bewegt, ist ihre Kühlleistung höher als bei diesen.
Auch für die Kühlkörperform besteht ein großer Spielraum. Darüber hinaus ist die Kombination mit Heatpipes ebenso möglich, wie das Aufbringen einer Kupferplatte auf dem Aluminium Kühlkörper. Beide Optionen begünstigen einen kontrollierten Wärmetransport.
Außerdem können die Basis und Stifte des Kühlkörpers entsprechend des zu kühlenden elektronischen Bauteils geformt werden. Auf diese Weise wird der Kontakt zwischen Bauteil und Kühlkörper optimiert. Da das Fließpressen zu einer hochpräzisen Formgebung führt, gelangt die Wärme des zu kühlenden elektronischen Bauteils direkt ohne jeden Mediator und damit ohne zusätzlichen Widerstand in die Kühlrippen. Dadurch zeichnen sich fließgepresste Kühlkörper beispielsweise gegenüber Druckgusskühlkörpern sowie gefrästen und gelöteten Kühlkörpern aus, bei denen durch das Herstellungs- beziehungsweise Fügeverfahren Lücken oder eine Luftschicht zwischen Bauteil und Kühlkörper und damit ein höherer thermischer Widerstand nicht gänzlich ausgeschlossen werden können.
Neben der Formtreue haben die fließgepressten Kühlkörper auch eine glatte Oberfläche. Diese kann durch Anodisieren wahlweise silber, schwarz, rot oder weiß gefärbt oder auch elektrolytisch vernickelt werden – ohne Einschränkungen der Kühlleistung.
Geringere Kosten trotz teurerem Aluminium
Im Fließpress-Verfahren produzierte Kühlkörper bestehen wie erwähnt aus reinem Aluminium oder Kupfer. Ihre thermische Leitfähigkeit ist mit 226 W/mK höher als jene von Druckgusskühlkörpern aus Aluminium mit 96 W/mK und extrudierten Kühlkörpern aus Aluminium mit 155 bis 200 W/mK. Bei gleichem Kühlkörper-Design und -Volumen besitzt ein kalt fließgepresster Kühlkörper daher eine höhere Kühlleistung als ein Druckguss- oder ein extrudierter Kühlkörper aus Aluminium. Er ist beispielsweise in der Lage, eine 5-W-LED-Leuchte zu kühlen, währenddessen ein Druckgusskühlkörper aus Aluminium gleichen Designs lediglich eine 3-W-LED entwärmen kann.
Kalt fließgepresste Kühlkörper können deshalb kleiner dimensioniert werden als Druckguss- oder extrudierte Kühlkörper aus Aluminium. Daher können auch die LED-Lampen und das Zubehör kleiner ausgelegt werden, was zu Kosteneinsparungen führt.
Darüber hinaus ist ein kalt fließgepresster Kühlkörper aus Aluminium zweimal leichter als ein Druckgusskühlkörper aus dem gleichen Metall. Da außerdem die Werkzeugkosten ungefähr 10 bis 20 Prozent unter denen des Druckgussverfahrens liegen, sind kaltfließgepresste Kühlkörper für LEDs trotz des Einsatzes des teureren reinen Aluminiums insgesamt um 20 Prozent günstiger als herkömmliche Druckgusskühlkörper aus Aluminium, die bisher für den gleichen Zweck verwendet werden.
