Kühlerauslegung mit ColdStream Basic

ColdStream – Basic

Prüfen Sie Ihren Kühlkörper oder Fluidkühler und lassen Sie sich diesen automatisch optimieren 

ColdStream Basic ermöglicht es Ihnen, die maximal zulässige Einbaugröße als 3D-Volumen festzulegen, eine gewünschte Fertigungstechnologie wie CNC, Gießen oder Extrudieren zu wählen und sich einen optimalen Kühlkörper automatisch entwerfen zu lassen. So lässt sich die Funktion des Tools in wenigen Worten zusammenfassen.

ALPHA-Numerics ist exklusiver Partner für die Beratung, Schulung und Vertrieb der Diabatix Produkte in folgenden Ländern:

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ColdStream Basic – für jedes Industriefeld

Viele Anfragen bei uns erfordern kein komplexes CFD-Werkzeug wie CelsiusEC – oft genügt eine schnelle Simulation, um ein einzelnes Kühlkörperkonzept im Raum zu evaluieren oder ein Cold-Plate Design zu beurteilen. Ziel ist es, Aspekte wie die Wärmespreizung in der Basisplatte, die Effizienz der Rippenanordnung sowie den Druckwiderstand gegen die Zuluft oder das Fluid (freie oder forcierte Konvektion) zu untersuchen. Durch gezielte Parameterstudien können Merkmale wie Rippenhöhe, Rippendicke, Anzahl und die Basisplatte an die Anforderungen angepasst werden. Bei einem Fluidkühler gilt Selbiges für die Turbulenzgeometrie im Kühlkanal.

Externe Simulationsdienstleistungen für diesen spezialisierten Bereich führen wegen der Anzahl der Durchläufe und notwendiger Berichte schnell zu Kosten von 1.000 € bis 3.000 €. Diese Ausgaben sind nicht wirtschaftlich, wenn solche Analysen regelmäßig durchgeführt werden sollen.

Mit ColdStream Basic erhalten Sie diese Leistungen für nur 5.000 € jährlich.

Das Expertensystem bietet Ihnen die Möglichkeit, bestehende Kühlkörper zu analysieren und vollautomatisch zu optimieren.

Ein intelligenter Algorithmus erzeugt dazu eine parametrisierte Analyse-Matrix auf Basis eines 2D-Widerstandsnetzwerks. Mithilfe intelligenter Versionsauswahl nähert er sich dem Optimum in kurzer Zeit an und überprüft das neu designte 3D-Modell abschließend mit einer vollständigen CFD-Berechnung.

Die Resultate können Sie über das Softwareportal oder per Datentransfer nach ParaView visualisieren und als Step-Datei an Werkzeuge wie CelsiusEC für eine ganzheitliche Gerätesimulation oder direkt an die Fertigung weitergeben.

     

    Wer sagt, dass ein Kühlkörper-Standarddesign nicht ausreichen würde?

    Wie Standarddesigns bessere thermische Ergebnisse erzielen können

    Ein Großteil der Frustration in der Thermotechnik rührt nicht von mangelnder Expertise her, sondern von der Art und Weise, wie Arbeitsabläufe für die Evaluierung und Optimierung von Kühlkörpern strukturiert sind.

    Traditionelle CFD-Schleifen können schnell sein, aber der Iterationsprozess kann langsam und manuell sein, und selbst nach Tagen Arbeit bleibt immer die Frage im Hinterkopf: Ist das wirklich das beste Design oder einfach das beste, das ich erkunden konnte?

    Hier wird die Idee von Standarddesigns in ColdStream Basic mächtig.

    Sie sind keine Abkürzungen oder vereinfachte Vorlagen. Es handelt sich um hochpräzise Referenzdesigns, die bereits ein solides thermisches Verhalten und realistische technische Einschränkungen zeigen.

    Noch wichtiger ist, dass sie helfen, den Verlauf des Optimierungsprozesses festzulegen.
    Anstatt blind zu erkunden, beginnt man mit etwas, das sich bereits vorhersehbar und verstanden verhält. Es kann dann genutzt werden, um zu bestimmen, wohin Leistungsverbesserungen geführt werden sollten.

    Wenn die Anwendung etwas hochspezialisiertes verlangt, muss man nicht beim Standarddesign aufhören, sondern baut darauf durch einen generativen Designprozess auf, der die spezifischen Projektanforderungen wie Einschränkungen, Materialien und Herstellungsmethoden berücksichtigt.

     

    Was sind die Grundlagen des Kühlkörperdesigns?

    Um Wärme effektiv abzuleiten, ist es wichtig, die Grundprinzipien und Überlegungen für das Design eines Kühlkörpers zu verstehen. Erstens sollten Kühlkörper Stifte/Lamellen haben, um die Oberfläche für eine bessere Wärmeübertragung durch Konvektion und Strahlung zu vergrößern.

    Zweitens sind Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Aluminium und Kupfer ideal für Kühlkörper.

    Sie leiten die Wärme effizient vom Bauteil an die Oberfläche weiter, um eine effektive Ableitung zu gewährleisten.

    Schließlich ist das Design von Kühlkörpern auf einen angemessenen Luftstrom angewiesen, um Wärme abzuleiten. Eine optimale Kühlleistung wird durch die Berücksichtigung von Luftströmungsmustern sowie der Platzierung und Ausrichtung des Kühlkörpers erreicht. Natürliche Konvektion oder erzwungene Konvektion mit Lüftern können einen ungehinderten Luftstrom gewährleisten.

    Ingenieure müssen bei der Konstruktion von Kühlkörpern die Oberfläche, die Wärmeleitfähigkeit und den Luftstrom berücksichtigen, um optimale Betriebstemperaturen für elektronische Komponenten zu erreichen. Lamellen können die Oberfläche vergrößern, Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit können verwendet werden und Luftströmungsmuster müssen berücksichtigt werden. Dies gewährleistet einen sicheren und effektiven Betrieb.

     

    Was ist ein optimales Kühlkörperdesign?

    Kühlkörper werden verwendet, um elektronische Komponenten zu kühlen, indem sie Wärme von ihnen ableiten. Um einen optimalen Kühlkörper zu konstruieren, sollten vor der Konstruktion des Kühlkörpers wichtige Faktoren wie die Maximierung der Wärmeübertragungseffizienz und die Minimierung der Umgebungstemperatur berücksichtigt werden.

    ‍Wärmeleitfähigkeit: Kühlkörper erfordern Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Aluminium und Kupferlegierungen.

    ‍Oberfläche: Je größer die Oberfläche des Kühlkörpers ist, desto besser kann er Wärme ableiten. Dies wird in der Regel durch den Einbau von Lamellen erreicht, die die effektive Oberfläche für die Wärmeübertragung vergrößern.

    ‍Lamellendesign: Lamellen müssen dünn sein und den richtigen Abstand zueinander haben, um eine effektive Wärmeableitung zu gewährleisten. Je nach den Anforderungen der Anwendung können verschiedene Lamellenformen verwendet werden.

    ‍Kühlkörperbasis: Der Kühlkörper sollte einen guten Kontakt zur kühlenden Komponente haben. Eine flache, glatte Basis sorgt für einen effizienten thermischen Kontakt und reduziert den Wärmewiderstand.

    Luftstrom: Um Wärme aus einem Kühlkörper abzuleiten, sollte der Luftstrom durch natürliche oder erzwungene Konvektion ungehindert sein. Positionieren Sie den Kühlkörper so, dass die Wärmeableitung durch die Richtung des Luftstroms optimiert wird.

    ‍Wärmeleitmaterial (TIM): Das TIM wird zwischen dem Kühlkörper und der Komponente aufgetragen, um mikroskopisch kleine Lücken zu füllen und die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Die richtige Auswahl und Anwendung von hochwertigem TIM kann die Wärmeübertragungseffizienz erheblich verbessern.

    ‍Systemintegration: Berücksichtigen Sie bei der Konstruktion eines Kühlkörpers Systemanforderungen wie Platzbedarf, Gewicht und Kompatibilität. Die Integration in das System sollte nahtlos erfolgen.

    ‍Optimierung und Analyse: Ingenieure können die Kühlung verbessern, indem sie thermische Simulationen wie CFD-Analysen zur Optimierung des Kühlkörperdesigns einsetzen. Durch die Bewertung von Faktoren wie Lamellendichte, Form und Luftströmungsmuster können sie hervorragende Kühlungsergebnisse erzielen. Eine effiziente Wärmeableitung ist der Schlüssel zur Aufrechterhaltung der optimalen Leistung und Langlebigkeit elektronischer Systeme. Durch die Konstruktion eines optimalen Kühlkörpers kann die Wärmeenergie effektiv abgeleitet werden, um die Komponenten innerhalb ihres sicheren Betriebsbereichs zu halten.