Pin Fin Kühlkörper

Pin Fin Kühlkörper Pin Fin Kühlkörper
Optimales Wärmemanagement durch Pin Fin Kühlkörper

Diehl Metall entwickelt und produziert leistungsfähige Pin Fin Kühlkörper, die in vielen Anwendungen für ein optimales Thermomanagement sorgen. Durch ihre vergrößerte Oberfläche mit direktem Kontakt zum Kühlmedium bieten Kühlplatten mit Pins eine ausgezeichnete Wärmeabfuhr und kommen deshalb in Hochleistungselektroniken wie beispielsweise im Bereich der Elektro- und Hybridfahrzeuge, aber auch in LED-Technologien sowie Anwendungen für erneuerbare Energien zum Einsatz.  

Bei der Herstellung unserer Pin Fin Platten verwenden wir Kupfer und Aluminium – beides Legierungen mit hervorragend leitenden Eigenschaften. Durch die spezielle Anordnung der Pins können Medienströme aus allen Richtungen eintreten, wodurch erhöhte Verwirbelungseffekte ermöglich werden. Durch unser umfassendes Know-How sind wir in der Lage, die Kühlkörper leicht an individuelle Kundenanforderungen anzupassen und so für verschiedenste Anwendungen entsprechend zu adaptieren.

Für unsere Pin Fin Kühlkörper setzen wir grundsätzlich Materialien mit hervorragenden Wärmeleiteigenschaften ein. Hier bieten wir Kupfer, Aluminium oder eine Bimetall-Verbindung aus beiden Legierungen an.

Welches Material zum Einsatz kommt, bestimmen wir anwendungsspezifisch in Abhängigkeit von den thermischen Anforderungen wie Leistung, Chipfläche und Kühlfläche des jeweiligen Bauteils. Je nach Anforderung werden auch bestimmte Parameter wie der Wärmeausdehnungskoeffizient, eine hohe Korrosionsbeständigkeit sowie das Potenzial zur Gewichtseinsparung bei der Auswahl des geeigneten Materials berücksichtigt.

  • Kupfer

    Kupfer als Material für Pin Fin Kühlkörper bietet aufgrund seiner Eigenschaften eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit (ca. 400 W/mK). Die hohe Wärmekapazität des Werkstoffs sorgt zusätzlich für eine ausgeprägte Fähigkeit zur Aufnahme von Leistungsspitzen. Eine dünne metallische Beschichtung schützt wirksam vor einer Korrosion des Kupfermaterials.

    Zum Einsatz der Pin Fin Kühlkörper in Hybridmodulen von Fahrzeugen ist Kupfer die High-End-Lösung, da kein „Derating“ (Leistungsreduktion) durch den Wechselrichter entsteht und so beim Fahren die volle Leistung abgerufen werden kann.

  • Aluminium

    Im Gegensatz zu Kupfer bietet Aluminium eine geringere Wärmeleitfähigkeit – je nach Legierung zwischen 170 bis 220 W/mK. Als sehr leichter Werkstoff ist Aluminium besonders dann geeignet, wenn es darum geht, bei der Anwendung Gewicht einzusparen. Ebenso bietet das Material selbst auch ohne Beschichtung einen optimalen Korrosionsschutz gegen Kühlmittel, beispielsweise gegen das Wasser-Glykol-Gemisch wie es in Hybrid- und Elektromotoren eingesetzt wird.

    Aluminium ist damit eine kostengünstige Alternative als Material für Pin Fin Kühlkörper. Aufgrund der geringeren Leistungsfähigkeit des Werkstoffes ist hier genau zu prüfen, ob der Werkstoff für die jeweiligen Anforderungen der gewünschten Anwendung geeignet ist.

  • Bimetall (Kupfer-Aluminium Verbund)

    Um die jeweiligen Vorteile von Kupfer und Aluminium bestmöglich zu nutzen, bieten wir für Pin Fin Kühlkörper auch eine Hybridlösung aus beiden Materialien an.

    Durch die Verbindung von Kupfer und Aluminium in einen Hybridwerkstoff ist das Gewicht des Bauteils geringer und der Korrosionsschutz gegen Kühlmittel ist ohne Beschichtung gegeben. Weiterhin liegt eine sehr gute Wärmespreizung vor und es können kurzzeitig auch Spitzenlasten aufgenommen werden.

Wir bieten zwei Verfahren zur Herstellung von Pin Fin Kühlkörpern:

  • Schmieden (Warmumformung)
  • Fließpressen (Kaltumformung)

Als erfahrener Entwicklungspartner berücksichtigen wir individuelle Anforderungen und sorgen für kundenspezifische Lösungen. Je nach Anwendung beraten wir unsere Kunden hinsichtlich Materialauswahl, Pinform (zylindrisch oder konisch) und empfehlen das optimale Herstellungsverfahren für die jeweiligen speziellen Projekte.

  • Schmieden
    Schmieden Schmieden

    Das Schmieden zeichnet sich durch eine besonders hohe Gestaltungsfreiheit aufgrund eines thermisch verbesserten Materialflusses aus. Aufbauend auf jahrzehntelanger Erfahrung in dieser Umformtechnik schmieden wir kundenspezifische Pin Fin Kühlkörper auf vollautomatisierten Anlagen.

    Vorteile auf einen Blick:

    • Hohe Gestaltungsfreiheit bei Pingeometrien
    • Ausformung von Nebenformelementen möglich
    • Hohe Mengenleistung
    • Geometriebedingte erhöhte Steifigkeit der Pins
    • Verbesserte Wärmeabfuhr aus Grundplatte durch anforderungsgerechte (konische) Pinform
    • Optimale Wärmeabfuhr bezogen auf das Bauteilgewicht
  • Fließpressen

    Das Fließpressen ist ein besonders zukunftsträchtiges und nachhaltiges Verfahren zur Herstellung von Pin Fin Kühlkörpern, da Rohstoffe und Ressourcen effizient genutzt werden. Damit kann diese Umformtechnik sowohl zur Kostensenkung auf Kundenseite als auch zur Energieeinsparung im Produktionsprozess beitragen.

    Vorteile auf einen Blick:

    • Hohe Maßhaltigkeit
    • Bessere mechanische Eigenschaften (z. B. Zugfestigkeit, Härte)
    • Optimale Materialausnutzung
    • Hohe Mengenleistung
    • Gleichmäßige Verteilung des Druckverlustes im Fluid über der Kühlkörper-/ Pinhöhe
  • Forschung & Entwicklung
    Forschung & Entwicklung Forschung & Entwicklung

    In enger Zusammenarbeit mit unseren Kunden entwickeln wir systemspezifische Lösungen im Bereich Thermomanagement. Basierend auf Kundenanforderungen wie beispielsweise abzuführender Leistung, Bauraum sowie Gesamtsteifigkeit erarbeiten wir die bestmögliche Pin Fin Lösung. Die gesamte Entwicklungskette beinhaltet die iterative Bearbeitung folgender Schritte:

    • Bauteilkonstruktion
    • Thermische Systemanalyse (stationäre und transiente Wärmeleitung)
    • Strukturmechanische Bauteilanalyse (Bauteilfestigkeit und Steifigkeit)
    • Numerische Simulationen für die Auslegung und Optimierung von Umformprozessen (Schmieden bzw. Fließpressen)
    • Herstellung der Werkzeuge und Durchführung von Vorversuchen
    • Laboruntersuchungen
  • Labor & Materialprüfung
    Labor & Materialprüfung Labor & Materialprüfung

    Das Leistungsspektrum unseres Labors umfasst verschiedenste Materialuntersuchungen an Proben, Halbzeugen und Bauteilen. Zudem führen wir Sonderuntersuchungen im Rahmen von Entwicklungsprojekten durch und beraten sowie unterstützen unsere Kunden in allen Materialfragen. Dabei nutzen wir anerkannte Prüfverfahren:

    • Härteprüfung
    • Metallografie
    • Mikrohärteprüfung
    • Quantitative Gefügeanalyse
    • Zugversuch
    • Chemische Analyse
    • Rasterelektronenmikroskop
    • EDX-Mikroanalyse
    • Technische Sauberkeit
    • Analyse von Beschichtungen
  • Konstruktion & Werkzeugbau
    Konstruktion & Werkzeugbau Konstruktion & Werkzeugbau

    Durch eine in-house Betriebsmittel- und Werkzeugkonstruktion sowie einen eigenen Werkzeugbau mit langjähriger Erfahrung können alle Anpassungen der Werkzeuge an individuelle Gegebenheiten und Anforderungen schnell und sicher erfolgen.  

    Dabei entwickeln, konstruieren und fertigen wir sämtliche Werkzeuge selbst.

  • Qualitätsmanagement
    Qualitätsmanagement Qualitätsmanagement

    Über den gesamten Produktionsprozess stellen wir die hervorragende Qualität unserer Produkte und Dienstleistungen sicher. Für die Sicherung und als Nachweis unserer Qualität sind wir nach folgenden Managementsystemen zertifiziert:

    • Qualität: IATF 16949 und ISO 9001
    • Umwelt: ISO 14001
    • Energie: ISO 50001