Ontwerp en fabrikant van passieve koellichamen op maat | PTSMAKE

Het ontwerpen van passieve koellichamen voor elektronica met hoog vermogen lijkt eenvoudig totdat je prototype tijdens het testen oververhit raakt. Je realiseert je dat de keuze van het aluminiummateriaal, de geometrie van de vinnen en de thermische interface niet alleen technische specificaties zijn - ze vormen het verschil tussen een product dat werkt en een product dat de thermische validatie niet doorstaat.

Het ontwerp van passieve koellichamen vereist een balans tussen warmtegeleiding, oppervlak en luchtstromingspatronen om optimale warmteafvoer te bereiken zonder externe voeding. Het succes hangt af van de materiaalkeuze, het fabricageproces en de integratie op systeemniveau met de behuizing.

Via verschillende projecten bij PTSMAKE heb ik ingenieurs geholpen bij het oplossen van thermische uitdagingen in verschillende industrieën. De belangrijkste inzichten die ik zal delen hebben betrekking op materiaal trade-offs, productiebeperkingen, en het oplossen van problemen methoden die weken van herontwerp tijd kan besparen.

Wat is het eerste principe van passieve warmteafvoer?

Het eerste principe is verrassend eenvoudig. Het is geworteld in de fundamentele wetten van de fysica. Passieve warmteafvoer werkt omdat warmte zich van nature verplaatst.

Het heeft geen duwtje van een ventilator of pomp nodig. Het volgt de onveranderlijke regels van de thermodynamica. Dit is de basis van elk passief koellichaamontwerp.

De wetten die warmtestroom bepalen

Het hele proces wordt beheerst door twee belangrijke wetten.

Ten eerste blijft energie behouden. Het kan niet vernietigd worden. Ten tweede stroomt warmte altijd van een heter object naar een kouder object. Dit is de natuur die op zoek is naar evenwicht.

Het begrijpen van dit kernprincipe gaat over meer dan alleen natuurkunde. Het gaat over het benutten van de natuur zelf. We creëren geen kracht om warmte te verplaatsen. We creëren gewoon een efficiënt pad voor warmte om te doen wat het al wil doen: zich verspreiden.

De drijvende kracht: Op zoek naar evenwicht

Een heet elektronisch onderdeel in een koelere kamer vertegenwoordigt een onbalans. Het universum werkt van nature om deze onbalans op te lossen. Deze thermische beweging is een constant, betrouwbaar proces. Het gebeurt zonder enige externe stroomtoevoer.

Dit is het principe waarop we vertrouwen bij PTSMAKE. Wanneer we onderdelen ontwerpen en produceren, bekijken we hoe hun vorm en materiaal deze natuurlijke warmteoverdracht het beste ondersteunen. Het doel is altijd om de weg van de minste weerstand voor thermische energie te verbeteren.

De neiging van energie om zich te verspreiden wordt gemeten door entropie¹. Warmte die van een geconcentreerde bron naar de koelere omgevingslucht wordt verplaatst, verhoogt de algehele wanorde van het systeem en voldoet aan deze fundamentele tendens.

Praktische ontwerpoverwegingen

Dit betekent dat onze ontwerpkeuzes cruciaal zijn. Een goed ontwerp gaat de fysica niet tegen, maar maakt deze mogelijk.

Uiteindelijk is een passief koellichaam een zorgvuldig ontworpen object. Het is ontworpen om het zo gemakkelijk mogelijk te maken voor warmte om te ontsnappen uit een kritisch onderdeel en veilig af te voeren naar de omgeving.

Passieve warmteafvoer wordt fundamenteel bepaald door de wetten van de thermodynamica. Energie blijft behouden (eerste wet) en warmte stroomt van nature van warme naar koude omgevingen om de entropie te verhogen (tweede wet). Dit is de motor achter alle ventilatorloze koelontwerpen.

Wat onderscheidt een passief koellichaam van een actief koellichaam?

De eenvoudigste manier om ze uit elkaar te houden is energie. Heeft het koelsysteem externe energie nodig om te werken? Dat is de kernvraag.

De zelfvoorzienende koeler: Passieve koellichamen

Een passief koellichaam werkt geruisloos. Het maakt gebruik van natuurlijke fysische processen om warmte af te voeren. Er zijn geen bewegende onderdelen bij betrokken. Het is pure natuurkunde aan het werk.

De vermogen-ondersteunde koeler: Actieve koellichamen

Actieve koellichamen gebruiken aangedreven componenten. Denk aan ventilatoren of pompen. Deze externe energie verhoogt het koelproces aanzienlijk.

Hier volgt een kort overzicht:

De keuze tussen actieve en passieve koeling gaat niet alleen over het toevoegen van een ventilator. Het is een fundamentele ontwerpbeslissing. Deze keuze heeft invloed op betrouwbaarheid, kosten en prestaties. Mijn ervaring bij PTSMAKE is dat dit een cruciale eerste stap is.

De betrouwbaarheid van eenvoud

Een passief koellichaam is ongelooflijk betrouwbaar. Zonder bewegende delen zijn er minder storingspunten. Dit is van vitaal belang voor missiekritische toepassingen. Denk aan medische apparaten of ruimtevaartonderdelen waar uitval geen optie is. Ze vertrouwen puur op natuurlijke convectie² en straling om warmte af te voeren. Hierdoor zijn ze stil en onderhoudsvrij.

De uitvoering van macht

Actieve systemen bieden echter superieure koeling. Wanneer een onderdeel een enorme hoeveelheid warmte genereert, zijn natuurlijke processen niet genoeg. Door een ventilator toe te voegen wordt lucht over de lamellen geperst, waardoor de warmteafvoer drastisch toeneemt. We zien dit in krachtige computers en auto-elektronica. De afweging is extra complexiteit, lawaai, potentiële storingen en hogere operationele kosten.

Deze tabel laat de belangrijkste afwegingen zien die we vaak met klanten bespreken.

Het fundamentele verschil tussen actieve en passieve koellichamen ligt in het gebruik van externe voeding. Passieve koellichamen maken gebruik van natuurlijke fysica voor stille, betrouwbare koeling. Actieve koellichamen gebruiken ventilatoren of pompen voor superieure prestaties, wat complexiteit en potentiële storingen met zich meebrengt.

Hoe worden passieve koellichamen ingedeeld volgens fabricageproces?

Het kiezen van het juiste passieve koellichaam begint bij het fabricageproces. Elke methode biedt een unieke balans tussen kosten, prestaties en ontwerpvrijheid.

Zie het als een gereedschapskist. Je zou geen hamer gebruiken om een schroef aan te draaien.

Extrusie: Het werkpaard

Dit is de meest gebruikte methode. Aluminium wordt door een matrijs geduwd om een lang profiel met lamellen te maken. Het is kosteneffectief voor grote volumes.

Stempelen: Eenvoudig en snel

Voor toepassingen met een laag vermogen zijn gestanste koellichamen perfect. Dunne platen metaal worden in vorm gestanst.

Deze keuze heeft een directe invloed op het budget en de thermische prestaties van je project.

Laten we de belangrijkste productiemethoden eens nader bekijken. Het proces bepaalt alles, van linnendichtheid tot de uiteindelijke vorm van je passieve koellichaam. Bij PTSMAKE voeren we vaak secundaire bewerkingen uit op deze onderdelen, dus we zien de voor- en nadelen uit eerste hand.

Smeden voor complexiteit

Smeden gebruikt hoge druk om een blok metaal te vormen. Hierdoor ontstaan koellichamen met complexe 3D-pennenvinnen. Het verbetert de thermische prestaties ten opzichte van extrusie, maar kost meer.

Skiving en gebonden vinnen voor hoge prestaties

Bij skiving worden dunne lamellen uit een massief blok koper of aluminium gesneden. Dit maakt zeer hoge vinnendichtheden mogelijk. Warmteputten met gelijmde vinnen bevestigen afzonderlijke vinnen op een basis. Deze methode is ideaal voor grote of aangepaste ontwerpen. Het maakt een koperen basis met aluminium vinnen mogelijk, waardoor prestaties en gewicht worden gecombineerd. De fabricagemethode moet afgestemd zijn op je thermische behoeften en de beeldverhouding³ je ontwerp kan verdragen.

Hier volgt een snelle vergelijking van deze geavanceerde methoden.

Inzicht in deze afwegingen is cruciaal. Het voorkomt over-engineering en helpt u de kosten vanaf het begin effectief te beheren. Onze rol is het leveren van de precisiebewerking die nodig is om deze componenten te perfectioneren.

Bij het kiezen van het juiste productieproces moeten thermische prestaties, complexiteit van het ontwerp en budget tegen elkaar worden afgewogen. Elke methode, van eenvoudig stansen tot geavanceerd snijden, biedt verschillende voordelen en beperkingen die rechtstreeks van invloed zijn op de efficiëntie en kosten van uw eindproduct.

Welke andere materialen dan aluminium worden er gebruikt en waarom?

Hoewel aluminium een veelzijdig werkpaard is, is het niet altijd de beste keuze. Voor toepassingen met hoge prestaties komen andere materialen in aanmerking. Koper is een belangrijk alternatief.

Het biedt een veel betere thermische geleidbaarheid. Hierdoor is het uitstekend geschikt voor veeleisende toepassingen.

Deze prestaties hebben echter nadelen. Koper is aanzienlijk zwaarder en duurder. Het brengt ook verschillende uitdagingen met zich mee in het fabricageproces. Een koperen passief koellichaam is een gespecialiseerde oplossing.

De keuze tussen aluminium en koper is een klassieke technische afweging. Het is een afweging tussen thermische prestaties en budget- en gewichtsbeperkingen. In onze projecten bij PTSMAKE, zien we vaak koper gespecificeerd voor processoren met hoog vermogen of laserdiodes waarbij het snel afvoeren van warmte van cruciaal belang is.

Maar het materialenlandschap houdt niet op bij koper. Voor echt geavanceerde toepassingen kijken we naar nog geavanceerdere opties.

Geavanceerde thermische oplossingen

De opkomst van grafiet

Grafiet is een game-changer voor thermisch beheer in compacte apparaten. Het is ongelooflijk licht en heeft een fantastisch warmtespreidend vermogen.

Zijn unieke anisotrope eigenschappen⁴ zijn essentieel. Dit betekent dat het warmte uitzonderlijk goed geleidt langs de vlakken, maar slecht er doorheen. Hierdoor kunnen ingenieurs warmte zijdelings wegleiden van gevoelige componenten, wat perfect is voor dunne profielen zoals smartphones of tablets.

Deze geavanceerde materialen zijn niet zomaar vervangers. Ze lossen specifieke problemen op die gewone metalen niet kunnen oplossen. Om de juiste te kiezen, moet je de thermische uitdaging en de productiemogelijkheden goed begrijpen.

Koper biedt een betere warmtegeleiding dan aluminium, maar gaat gepaard met een hoger gewicht en hogere kosten. Geavanceerde materialen zoals grafiet bieden een lichtgewicht warmteverspreiding met hoge prestaties voor gespecialiseerde toepassingen met beperkte ruimte, wat het belang van de materiaalkeuze bij thermisch ontwerp benadrukt.

Het kernprincipe: warmteoverdracht in twee fasen

Dampkamers en heatpipes zijn niet zomaar lege metalen containers. Het zijn geavanceerde apparaten voor warmteoverdracht in twee fasen. Hun geheim schuilt in een slim gebruik van natuurkunde.

Een op zichzelf staande cyclus

Binnenin circuleert voortdurend een kleine hoeveelheid vloeistof. Het verandert van vloeistof naar damp en weer terug. Deze cyclus verplaatst warmte met een ongelooflijke efficiëntie. Het is een continu, passief proces.

Als een thermische supergeleider

Dit proces brengt grote hoeveelheden warmte over. Dit gebeurt met een zeer klein temperatuurverschil. Hierdoor gedragen ze zich als "thermische supergeleiders" in passieve koellichaamontwerpen.

De wetenschap van faseverandering

De kern van deze technologie is een eenvoudig principe. Wanneer een vloeistof in een damp verandert, absorbeert het een enorme hoeveelheid energie. Dit gebeurt zonder dat de vloeistof heter wordt. Deze energie wordt de latente verdampingswarmte⁵.

Deze opgeslagen energie reist met de damp mee. Het verplaatst zich van de hete plek naar een koeler gebied. Wanneer de damp afkoelt en weer condenseert tot een vloeistof, komt al die opgeslagen warmte vrij. Dit proces is veel effectiever om thermische energie te verplaatsen dan eenvoudige geleiding door een vast materiaal.

Waarom het efficiënter is

Denk aan kokend water. Je kunt veel warmte toevoegen aan een pot kokend water, maar de temperatuur blijft 100°C. Die energie wordt gebruikt om stoom te creëren. Heat pipes en dampkamers benutten dit exacte effect in een gesloten lus. Het zijn in wezen passieve warmtemotoren.

Hierdoor zijn ze ideaal voor toepassingen met een hoge vermogensdichtheid. Ze trekken snel warmte weg van een geconcentreerde bron.

Prestatievergelijking

Bij veel van onze projecten bij PTSMAKE hebben we het verschil gezien. De effectieve thermische geleidbaarheid kan ordes van grootte hoger zijn dan bij massief koper of aluminium.

Dampkamers en heat pipes maken gebruik van een vloeistof-naar-damp faseverandering. Hierdoor kunnen ze aanzienlijke warmte over een afstand overdragen met een minimale temperatuurdaling. Door deze hoge efficiëntie functioneren ze als "thermische supergeleiders" in geavanceerde passieve koeloplossingen.

Waarvoor dient het anodiseren of verven van een koellichaam?

Bij het kiezen van een afwerking voor een koellichaam gaat het niet alleen om het uiterlijk. De keuze gaat vaak tussen anodiseren en verven. Beide bieden heel verschillende voordelen.

Anodiseren is een complex proces. Het biedt bescherming en isolatie. Verven is eenvoudiger. De belangrijkste taak is het versterken van de warmtestraling.

Laten we ze direct vergelijken.

Dit helpt duidelijk te maken welke behandeling het beste is voor jouw specifieke toepassing.

Anodiseren: Meer dan een toplaag

Anodiseren is niet zomaar een laagje bovenop. Het is een elektrochemisch proces⁶ die het metaaloppervlak omvormt. Het creëert een zeer harde, niet-geleidende aluminiumoxidelaag. Dit is van vitaal belang voor een passief koellichaam dat wordt gebruikt in de buurt van gevoelige elektronische componenten.

Deze oxidelaag biedt een uitstekende weerstand tegen corrosie. Het beschermt het koellichaam tegen omgevingsfactoren. Het verhoogt ook aanzienlijk de emissiviteit van het oppervlak. Hierdoor kan het koellichaam de warmte effectiever afgeven aan de omringende lucht.

Schilderen: Een gerichte aanpak

Schilderen is een eenvoudigere oppervlaktetoepassing. Speciale thermische verven zijn ontworpen met een hoge emissiviteit. Dit is hun belangrijkste doel. Ze helpen het koellichaam om warmte effectiever uit te stralen.

Verf kan echter ook fungeren als isolatielaag. Als het te dik wordt aangebracht, kan het de warmteoverdracht belemmeren. Dit is een kritische factor waar we bij PTSMAKE rekening mee houden. We zorgen ervoor dat de toepassing de straling optimaliseert zonder de convectie te belemmeren.

Hier volgt een meer gedetailleerde vergelijking op basis van onze projectervaring.

Kortom, anodiseren biedt robuuste voordelen: corrosiebestendigheid, elektrische isolatie en verbeterde emissiviteit. Lakken is een gerichte, vaak voordeligere, keuze om de thermische straling te verbeteren. Je uiteindelijke beslissing hangt af van de omgeving van de toepassing en de elektrische vereisten.

Hoe beïnvloedt het ontwerp van de behuizing de effectiviteit van een koellichaam?

Een koellichaam is geen eiland. De prestaties ervan hangen samen met het hele systeem. U moet de behuizing beschouwen als onderdeel van de thermische oplossing. Zonder goede luchtstroming zal zelfs het beste koellichaam falen.

De rol van kastventilatie

Ventilatie is je krachtigste hulpmiddel. Het creëert een pad waarlangs koele lucht binnenkomt en warme lucht naar buiten stroomt. Deze constante uitwisseling is essentieel voor effectieve koeling. Zonder ventilatie kan de warmte nergens heen.

Een pad voor luchtstroom

Zie de luchtstroom als een snelweg. Ventilatieopeningen zijn de op- en afritten. Blokkeer ze en je creëert een file van hete lucht. Hierdoor stopt het koelproces volledig.

Een goed ontworpen systeem houdt zorgvuldig rekening met de plaatsing van ventilatieopeningen.

Het is belangrijk om op systeemniveau te denken. In eerdere projecten bij PTSMAKE hebben we ontwerpen zien mislukken, niet vanwege het koellichaam, maar omdat de behuizing hete lucht vasthield. Het koellichaam raakte verzadigd en kon niet meer warmte afvoeren.

Convectie: De overheersende koelende kracht

Voor de meeste toepassingen is convectie de belangrijkste manier waarop een koellichaam werkt. Het is afhankelijk van lucht die over de lamellen beweegt en warmte afvoert. Een geventileerde behuizing maakt dit proces mogelijk door een constante toevoer van koelere omgevingslucht.

Wat gebeurt er in een verzegelde doos?

Als je de behuizing afsluit, sluit je de luchttoevoer af. De lucht binnenin warmt op en stagneert. De lucht binnenin warmt op en stagneert. Dit stopt effectief convectieve warmteoverdracht⁷ in zijn spoor. Het koellichaam kan zijn thermische lading niet langer efficiënt afgeven aan de omringende lucht omdat die lucht al heet is.

Dit is vooral belangrijk voor een passief koellichaam, die volledig afhankelijk is van natuurlijke convectie.

De overstap naar bestraling

In een afgesloten kast wordt de primaire methode van warmteoverdracht straling. Het koellichaam straalt thermische energie uit naar de binnenwanden van de behuizing. Dit is een veel minder efficiënt proces dan convectie.

Onze interne tests bevestigen dat een afgedicht ontwerp de prestaties van een koellichaam met meer dan 50% kan verminderen. Dit dwingt ingenieurs om veel grotere, duurdere oplossingen te gebruiken om te compenseren.

Denken op systeemniveau voorkomt kostbare ontwerpfouten. Een goed geventileerde behuizing is essentieel voor convectie en zorgt ervoor dat uw koellichaam presteert zoals bedoeld. Afgesloten behuizingen belemmeren dit proces, verschuiven de afhankelijkheid naar minder efficiënte straling en brengen het thermisch beheer in gevaar.

Hoe kies je tussen aluminium 6063 en koper 1100?

Kiezen tussen Aluminium 6063 en Koper 1100 is een klassieke evenwichtsoefening. Het gaat er niet om welk metaal simpelweg "beter" is. De echte vraag is wat geschikt is voor de specifieke behoeften van je project.

Je moet vier kritische factoren afwegen. Dit zijn thermische prestaties, gewicht, totale kosten en hoe gemakkelijk we het kunnen vormen. Deze analyse bepaalt je uiteindelijke beslissing.

Kernafwegingen

Laten we eens kijken naar een snelle vergelijking.

Deze tabel laat de fundamentele afwegingen zien waarmee je te maken hebt.

Laten we deze afwegingen eens uitwerken aan de hand van een praktisch voorbeeld. Overweeg het ontwerpen van een aangepaste passief koellichaam voor een elektronicaproject. Dit is een veelvoorkomende uitdaging die we bij PTSMAKE aangaan.

Prestaties vs. Praktisch

De superieure thermische geleidbaarheid van koper 1100 is het grootste voordeel. Het trekt warmte bijna twee keer zo snel weg van gevoelige componenten als aluminium. Dit is cruciaal voor toepassingen met een hoog vermogen waarbij elke graad telt.

Deze prestaties hebben echter een prijs. Koper is ongeveer drie keer zo zwaar en aanzienlijk duurder. Voor een draagbaar apparaat of een grootschalige productie kunnen deze factoren koper al snel onpraktisch maken.

Bewerkbaarheid en ontwerp

Aluminium 6063 is fantastisch om te bewerken. Door zijn eigenschappen kunnen complexe vinontwerpen efficiënt gemaakt worden, waardoor het oppervlak gemaximaliseerd wordt. Koper 1100, dat zachter is, kan soms "kleverig" zijn tijdens het bewerken. Dit vereist specifiek gereedschap en kan de productie enigszins vertragen.

Het echte doel is om de totale Thermische weerstand⁸ van de chip naar de omringende lucht. Een goed ontworpen aluminium koellichaam kan vaak beter presteren dan een koperen koellichaam.

De beslissing is niet altijd duidelijk. Het vereist een zorgvuldige blik op de unieke prioriteiten van je project.

De keuze is een balans tussen prestaties versus budget en fysieke beperkingen. Koper blinkt uit in thermisch beheer, terwijl aluminium een uitstekende, kosteneffectieve en lichtgewicht oplossing biedt die ideaal is voor een breder scala aan toepassingen.

Hoe bepaal je de juiste dikte van de basis van het koellichaam?

Het vinden van de juiste basisdikte is een evenwichtsoefening. Het gaat om thermische prestaties versus grondstofkosten.

Een dikkere basis helpt de warmte zeer goed te verspreiden. Dit is cruciaal voor kleine componenten met een hoog vermogen. Het voorkomt hete plekken.

Meer dikte betekent echter meer materiaal. Dit voegt gewicht toe en verhoogt de kosten van je passieve koellichaam.

De kern van de afweging

Het doel is om over-engineering te vermijden. Door dikte toe te voegen krijg je een betere warmteverspreiding, maar alleen tot een bepaald punt.

Uiteindelijk bereik je een punt van afnemende opbrengsten⁹. Elke extra millimeter dikte levert steeds minder thermisch voordeel op. De kosten en het gewicht blijven echter toenemen.

Dus hoe vind je die sweet spot?

Simulatie gebruiken om te optimaliseren

Simulatie is hierbij ons beste hulpmiddel. Met software zoals Finite Element Analysis (FEA) kunnen we de thermische prestaties nauwkeurig modelleren. Zo kunnen we verschillende diktes digitaal testen voordat er metaal wordt gesneden.

We kunnen de exacte dikte bepalen waar de prestatiewinst begint af te vlakken. Deze aanpak, die we vaak gebruiken bij projecten van PTSMAKE, voorkomt onnodig materiaalgebruik en kosten voor onze klanten. Het helpt ons om datagestuurde beslissingen te nemen.

Kosten vs. prestatieanalyse

De onderstaande tabel, gebaseerd op onze interne tests, laat zien hoe de prestatiewinst afneemt terwijl de kosten stijgen.

Let op de kleine verbetering van 7 mm naar 9 mm. Hier zijn de extra kosten vaak de marginale winst niet waard.

Het kiezen van de juiste dikte voor de basis van een koellichaam is een kritische balans. Je hebt genoeg materiaal nodig voor een effectieve warmteverspreiding zonder overmatig gewicht of kosten toe te voegen. Simulatie helpt bij het vinden van het optimale punt waarop prestaties de gebruikte middelen rechtvaardigen.

Hoe zou je een koellichaam ontwerpen voor een afgesloten, ventilatorloze behuizing?

Laten we een complex probleem uit de praktijk aanpakken. Stel je voor dat je een passief koellichaam ontwerpt voor gevoelige elektronica. Deze componenten zitten in een volledig afgesloten behuizing zonder ventilator.

Dit apparaat werkt buiten. Het moet bestand zijn tegen de elementen. Hitte wordt de belangrijkste technische uitdaging.

Het probleem met beperkingen

Het kernprobleem is de afgesloten omgeving. Er is geen interne luchtstroom om te helpen. Warmte kan nergens heen. We moeten vertrouwen op passieve methoden.

Het ontwerp moet binnen een aantal belangrijke grenzen werken.

Dit scenario dwingt ons om opnieuw na te denken over standaardkoeling. We moeten meerdere concepten voor warmteoverdracht integreren. De oplossing vereist een slimme meerfasenaanpak.

In een afgesloten systeem moeten we interne convectie negeren. Die speelt gewoon geen rol. De hele strategie verschuift naar een proces in twee stappen. Eerst verplaatsen we de warmte van de bron naar de binnenwanden van de behuizing. Ten tweede verplaatsen we die warmte van de behuizing naar de buitenwereld.

Fase 1: Inwendige bestraling maximaliseren

Het primaire mechanisme in de doos is straling. De hete component straalt thermische energie uit. Deze energie verplaatst zich naar de koelere binnenwanden van de kast.

Om dit effectief te maken, is de afwerking van het oppervlak cruciaal. Een hoge emissiviteit¹⁰ coating op zowel het onderdeel als de binnenwanden is cruciaal. In eerdere projecten bij PTSMAKE hebben we gezien dat anodiseren of specifieke verven de warmteoverdracht aanzienlijk verbeteren.

Fase 2: De behuizing als uiteindelijke radiator

Zodra de warmte via geleiding en straling de wanden van de behuizing bereikt, wordt de behuizing zelf het koellichaam. Het is zijn taak om deze energie af te voeren naar de omgeving.

Dit gebeurt via twee externe paden.

Het maximaliseren van het externe oppervlak is van het grootste belang. Vaak bewerken we externe lamellen rechtstreeks in de behuizing. Dit vergroot het oppervlak voor zowel natuurlijke convectie als straling naar de omgeving aanzienlijk. Aluminium is hier een uitstekende materiaalkeuze.

Dit probleem vereist een andere manier van denken. De oplossing legt minder nadruk op interne convectie en richt zich in plaats daarvan op een proces in twee fasen: het maximaliseren van interne straling naar de wanden en vervolgens het maximaliseren van externe dissipatie van de behuizing zelf. Hierdoor wordt de hele behuizing een passief koellichaam.

Welke strategieën worden gebruikt voor het passief koelen van componenten met hoge vermogensdichtheid?

Eenvoudige aluminium profielen zijn werkpaarden voor thermisch beheer. Ze hebben echter duidelijke beperkingen. Ze falen vaak bij componenten met een hoge vermogensdichtheid.

De intense hitte van een kleine bron creëert een knelpunt. Een standaard extrusie kan deze thermische belasting niet snel genoeg verspreiden. Dit is waar we meer geavanceerde passieve koellichaamtechnologieën moeten overwegen.

Deze geavanceerde opties pakken de belangrijkste uitdagingen van koeling met hoge dichtheid aan.

Weten wanneer je eenvoudige extrusies moet opgeven is de sleutel. In eerdere projecten bij PTSMAKE was dit beslissingsmoment vaak wanneer een warmtebron te geconcentreerd werd. De basis van een standaard koellichaam kan het gewoon niet bijhouden.

Geavanceerde oplossingen voor warmtespreiding

Heatpipes en dampkamers zijn baanbrekend voor de verspreiding van warmte. Ze bestaan niet alleen uit massief metaal. Ze maken gebruik van een proces van verdamping¹¹ en condensatie van een werkende vloeistof. Dit proces verplaatst warmte met een ongelooflijke efficiëntie, vaak honderden keren beter dan massief koper.

Dampkamers voor hotspots

Dampkamers zijn in wezen platte warmtebuizen. Ze zijn perfect voor het verspreiden van warmte van een kleine, intense bron, zoals een CPU, over een veel groter gebied. Dit zorgt voor een gelijkmatigere temperatuur aan de basis van de lamellenstapel.

Warmtebuizen voor transport

Heatpipes zijn ideaal om warmte van een component naar een externe vinnenstapel te verplaatsen. Dit biedt een grote ontwerpflexibiliteit in krappe behuizingen.

Oppervlakte maximaliseren

Soms zit de uitdaging in het afvoeren van warmte naar de lucht. Hier schittert de technologie met afgeschuinde lamellen. Een enkel blok koper of aluminium wordt nauwkeurig geschaafd om zeer dunne, dichte vinnen te creëren. Deze techniek vergroot het beschikbare oppervlak voor convectie aanzienlijk.

Wanneer standaard extrusies hun limiet bereiken, zijn geavanceerde oplossingen nodig. Heatpipes en dampkamers blinken uit in het verspreiden van warmte, terwijl afgeschuinde lamellen de afvoer maximaliseren. Deze technologieën zijn cruciaal voor het effectief koelen van componenten met een hoog vermogen.

Uw passief gekoelde product raakt oververhit. Wat is uw probleemoplossingsproces?

Wanneer een product oververhit raakt, moet je er niet naar raden. Een systematische werkwijze bespaart tijd en geld. Begin met de basis voordat je iets demonteert.

Dit proces zorgt ervoor dat je alle mogelijke hoofdoorzaken methodisch behandelt. Het gaat van externe factoren naar interne componenten.

Initiële diagnostische controlelijst

Deze gestructureerde aanpak helpt om het probleem snel en efficiënt te isoleren. Een goed passief koellichaamontwerp kan mislukken als deze basisprincipes over het hoofd worden gezien.

Een solide diagnoseplan begint met gemakkelijk verifieerbare gegevens. Het over het hoofd zien van deze fundamenten kan je op het verkeerde pad brengen. Bij eerdere projecten bij PTSMAKE hebben we gemerkt dat het probleem vaak kan worden opgelost door te beginnen met eenvoudige controles, zonder dat er complexe uitzoekwerkzaamheden nodig zijn.

Voeding en omgeving controleren

Controleer eerst het stroomverbruik. Neemt het apparaat meer stroom op dan waarvoor de thermische oplossing ontworpen is? Controleer vervolgens de omgevingstemperatuur. Een product dat getest is in een laboratorium van 20°C zal zich anders gedragen in een omgeving van 35°C. Dit zijn eenvoudige maar cruciale eerste stappen.

Fysieke en virtuele kruiscontroles

Ga dan over op fysieke inspectie. We zien vaak problemen met de Thermisch interfacemateriaal¹² (TIM). Is het correct aangebracht? Is de montagedruk gelijkmatig en voldoende? Een onjuiste toepassing creëert luchtspleten die de thermische prestaties om zeep helpen. Zorg er ook voor dat alle ventilatieopeningen volledig vrij zijn. Een kleine obstructie kan een grote impact hebben.

Vergelijk tot slot je bevindingen met de originele ontwerpsimulaties.

Deze vergelijking brengt discrepanties aan het licht. Het wijst je direct naar de bron van de extra warmte of de slecht presterende koelcomponent.

Deze systematische workflow verandert probleemoplossing van giswerk in een duidelijk, herhaalbaar proces. Het gaat op een logische manier van eenvoudige omgevingscontroles naar gedetailleerde fysieke en gegevensgestuurde analyses, zodat problemen met uw passief gekoelde apparaat efficiënt en nauwkeurig worden opgelost.

Kan een passief koellichaam ruis genereren, en hoe?

Het lijkt onmogelijk. Een massief stuk metaal zonder bewegende delen zou stil moeten zijn. Maar dat is niet altijd waar.

Onder bepaalde omstandigheden kan een passief koellichaam een hoge brom of "zang" produceren. Dit is een echt akoestisch fenomeen. Het wordt veroorzaakt door lucht die met precies de juiste snelheid over de vinnen stroomt. Dit effect wordt vaak vinnenzang of eolische tonen genoemd. Het is een interessant probleem dat we soms voor klanten oplossen.

Dit geluid is niet willekeurig. Het ontstaat wanneer de luchtstroom een voorspelbaar patroon van wervelende lucht, of wervelingen, aan weerszijden van een vin creëert.

Dit herhalende patroon staat bekend als de Kármán draaikolk straat¹³. Het creëert afwisselend druk, duwen en trekken op de vin. Dit dwingt de vin om te trillen.

Als deze trilling overeenkomt met de natuurlijke resonantiefrequentie van de vin, produceert deze een hoorbaar geluid. Het proces is vergelijkbaar met hoe het blazen over de opening van een fles een toon produceert. Dit probleem komt vaker voor in omgevingen met een consistente luchtstroom met een groot volume.

Gelukkig kunnen we hiervoor oplossingen ontwikkelen. Bij PTSMAKE kunnen we met precisie CNC-bewerkingen complexe vingeometrieën maken die dit geluid elimineren. We hebben ontdekt dat kleine veranderingen een enorm verschil kunnen maken.

Door een zorgvuldig ontwerp en nauwkeurige fabricage kunnen we ervoor zorgen dat een passief koellichaam volledig stil blijft, zelfs in uitdagende luchtstroomomstandigheden.

Een passief koellichaam kan een hoog geluid produceren dat ‘vinzang’ wordt genoemd. Dit wordt veroorzaakt doordat de luchtstroom trillingen veroorzaakt die overeenkomen met de resonantiefrequentie van de vin. Dit kan worden voorkomen door slimme ontwerpkeuzes, zoals het wijzigen van de geometrie van de vinnen of het toevoegen van trillingsdempers.

Ontgrendel superieure passieve koellichaam oplossingen met PTSMAKE

Klaar om uw project te verheffen met deskundig ontworpen passieve koellichamen? Neem contact op met PTSMAKE vandaag nog voor een snelle, op maat gemaakte offerte en ervaar de betrouwbaarheid, precisie en service vertrouwd door wereldwijde innovators. Laten we uw thermisch beheer uitdagingen in uw volgende concurrentievoordeel - stuur uw aanvraag nu!