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Arten von Flüssigkeitskühlplatten und wichtige Konstruktionsüberlegungen
Im Bereich des Wärmemanagements ist der Platz die wichtigste Ressource – er umfasst die zulässige Temperaturerhöhung, geometrische Beschränkungen und zunehmend auch den Energieverbrauch. Da umweltfreundliche, energieeffiziente Rechenzentren immer wichtiger werden, sind diese Faktoren für die Auslegung von Flüssigkeitskühlplatten entscheidend.
Ähnlich wie bei luftgekühlten Kühlkörpern besteht die grundlegende Rolle eines FlüssigkeitskühlplatteZiel ist die effiziente Wärmeübertragung auf ein strömendes flüssiges Kühlmittel. Um dies zu erreichen, muss die Platte den Kontakt zwischen festen Oberflächen und Flüssigkeit maximieren, häufig mithilfe von Rippenstrukturen. Im Gegensatz zu Luft weist Flüssigkeit eine höhere Viskosität und dichtere Grenzschichten auf, was eine präzise Strömungsrichtung innerhalb der Kühlplatte erfordert. Die Abdichtung des Kühlmittels und die Vermeidung von Leckagen sind ebenfalls entscheidend; daher beeinflusst die Schweißqualität die Langzeitstabilität und Leistung maßgeblich.
Im Folgenden untersuchen wir gängige Arten von lFlüssigkühlplatten aus thermischer Auslegungsperspektive.
1. Monolithische Kühlrippen
Bei dieser Konstruktion bilden die Kühlrippen und die Grundplatte eine einzige integrierte Struktur, wodurch der Kontaktwiderstand minimiert wird. Zu den Fertigungstechniken gehören Schälen, CNC-Bearbeitung, Hartlöten, Rührreibschweißen, Laserschweißen, 3D-Druck und Pulvermetallurgie. (Beispiel: Geschälte Kühlrippenplatten).
 | 2. Eingebaute KühlrippenHierbei wird die Grundplatte mit Aussparungen versehen, und separat gefertigte Kühlrippen werden durch Schweißen oder Kleben befestigt. Obwohl zwischen Kühlrippe und Grundplatte ein Kontaktwiderstand besteht, ermöglicht diese Konstruktion eine größere Flexibilität bei der Kühlrippenherstellung, beispielsweise durch Stanzen, Kaltumformen, Falten oder 3D-Druck. Zur Verbesserung der Konvektion können die Aussparungen auch mit Metallschaum gefüllt werden. |
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3. Gefräste Kanal-Kühlplatten
Die Kanäle werden direkt in die Platte gefräst und mit einer Abdeckung mittels Schweißen oder Dichtungen und Schrauben abgedichtet. Diese Konstruktion bietet einen geringen Strömungswiderstand und eignet sich für moderate Wärmelasten, die über eine große Fläche verteilt sind.
 | 4. RohrkühlplattenLeitungen transportieren das Kühlmittel durch in die Grundplatte eingefräste Nuten, die häufig zwischen zwei Platten eingespannt sind. Die Materialien für Leitungen und Grundplatte können unterschiedlich sein, was die Kompatibilität mit verschiedenen Flüssigkeiten verbessert. Diese Konstruktion weist Vor- und Nachteile gegenüber gefrästen Kanalplatten auf, bietet aber eine höhere Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Flüssigkeiten. |
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5. Geprägte und aufgeblasene Kühlplatten
Geprägte Kühlplatten nutzen gepresste Strömungskanäle, die durch Schweißen mit einem zweiten Aluminiumblech verbunden sind. Aufblasbare Konstruktionen erzeugen Strömungskanäle, indem Graphitspuren zwischen die Bleche gedruckt und anschließend mit Hochdruckgas expandiert werden. Diese leichten Platten ermöglichen eine kostengünstige Massenproduktion und finden breite Anwendung in Akkupacks.
6. Dünnwandige, extrudierte Kühlplatten
Extrudierte Strömungskanäle mit angeschweißten Verteilern erzeugen dünnwandige Kühlplatten, auch bekannt als „Harfenrohre“. Sie sind kostengünstig für lange Strömungswege und ideal für gleichmäßig verteilte Wärmelasten, wie sie häufig in Batteriepacks und einigen Zweiphasen-Kühlanwendungen vorkommen.
Wichtige Überlegungen bei der Konstruktion von Kühlplatten
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