Welcher Kühlkörper soll bei Oberflächenbehandlungen ausgewählt werden?

Abkürzungen wie „natürliches Al“, „natürlich eloxiert“ und „schwarz eloxiert“, die verschiedene Oberflächenbehandlungen von Komponenten ausweisen, die aus Aluminiumlegierungen bestehen, sind Ihnen vermutlich bekannt. Handelt es sich hierbei jedoch lediglich um eine „kosmetische“ oder ästhetische Sache oder um einen Parameter, der auch aus technischen Perspektive berücksichtigt werden muss?

Die Antwort ist einfach – es handelt sich um einen Schlüsselparameter bei der Mehrzahl von Anwendungen. Die Oberflächenbehandlung wirkt sich vor allem auf diese drei Merkmale erheblich aus:

1) Abriebwiderstand – die Oberfläche gängiger Aluminiumlegierungen (ganz gleich, ob Gehäuse oder Kühlkörper) weist eine typische „Aluminiumfarbe“ auf (natürliches Al). Wenn diese z. B in die Hand genommen wurden, befindet sich üblicherweise ein dunkler Fleck auf der Hand. Es handelt sich genau genommen um eine Mikroschicht an Aluminium (und Aluminiumoxiden), die Sie soeben von der Oberfläche entfernt haben. Aluminium ist ein relativ weiches Metall und weist dementsprechend einen geringen Abriebwiderstand auf (im unbehandelten Grundzustand). In dieser Hinsicht erweisen sich elektrolytisch oxidierte (anodisierte/eloxierte) Oberflächen, bei denen eine Oxidschicht weitaus dicker ist, als dies bei gewöhnlichen Bedingungen an der Luft der Fall wäre, als weitaus besser. Abgelagertes Al2O3 ist ein sehr robustes Material (Korund) und bildet daher eine sehr abriebbeständige Schicht. Falls Sie jemals an einer anodisierten Oberfläche gekratzt haben, wird sich diese wahrscheinlich eher durch ein relativ weiches Aluminium als durch einen harten und scharfen Gegenstand „abgelöst“ haben.

2) Chemischer Widerstand – Aluminiumlegierungen lassen sich bekanntermaßen korrosionsbeständigen Materialien zuordnen - bei allgemeinen Bedingungen und in einer sauberen und trockenen Umgebung. Aluminium an sich reagiert allerdings mit verschiedenen Säuren und Alkalien und oftmals prägen sich nach einer gewissen Zeit sogar Fingerabdrücke ein (falls die Hand nicht rechtzeitig weggenommen wird). Auch in dieser Hinsicht bietet eine anodisierte Oberfläche weitaus mehr Widerstand und Eloxieren bietet auch unter widrigen Bedingungen einen wirksamen Schutz der Aluminiumoberfläche. Dies ist auch der Grund dafür, warum Aluminiumkomponenten, die auf eine Verwendung im Freien ausgelegt sind, stets anodisiert werden (wenn ästhetische Aspekte von Bedeutung sind).

3) Kühleffizienz – letztlich vielleicht der wichtigste Parameter. Unbehandeltes natürliches Aluminium mit glänzenden Oberflächeneigenschaften weist ein äußerst geringes Emissionsvermögen auf – es handelt sich einfach ausgedrückt um einen Parameter, der die Wärmeabstrahlfähigkeit einer bestimmten Oberfläche bestimmt. Das Emissionsvermögen der meisten Materialien liegt bei ca. 0,95. Glänzendes Aluminium hingegen weist ein Emissionsvermögen von lediglich ca. 0,05 (!) auf. Das heißt, dass die Effizienz eines glänzenden Kühlkörpers, der Wärme nur durch Abstrahlung abgibt, sehr gering wäre. Glücklicherweise trägt eine Wärmeübertragung auch zu Konvektion (Wärmestrom) bei und hierbei sind hauptsächlich die Größe des Kühlkörpers und der Weg des Luftstroms von Bedeutung. Auch wenn dies unlogisch erscheinen mag, weist eine glänzende, natürlich anodisierte Kühlkörper-Oberfläche ein weitaus höheres Emissionsvermögen auf, als eine natürliche Al-Oberfläche – schätzungsweise mehr als 0,80. Aus diesem Grund weisen selbst scheinbar ähnliche Oberflächen (nicht anodisiert vs. natürlich anodisiert) ein deutlich unterschiedliches Emissionsvermögen auf.

Der Einfluss des Emissionsvermögens lässt sich anhand von zwei Beispielen veranschaulichen:
a) Ein kleiner, glänzender (nicht anodisierter) Kühlkörper für einen Transistor in einem TO220-Paket innerhalb eines kleinen geschlossenen Gehäuses (minimale Luftzirkulation) wird einen Großteil der Wärme über Abstrahlung abführen. In diesem Fall würde es sich daher sehr gut anbieten, eher eine schwarz anodisierte Oberfläche zu verwenden.

b) Ein Kühlkörper, der direkt über einen Lüfter funktioniert, gibt einen Großteil der Wärme über die Konvektion der zirkulierenden Luft ab, sodass keine Oberflächenbehandlung erforderlich ist (was die Kühlkörpereffizienz betrifft).

Falls Sie auch zu den Designern zählen, welche die Temperatur über ein Infrarotthermometer oder über eine Infrarotkamera kontrollieren, dann vergessen Sie bitte vor der Messung nicht - gemäß der Kühlkörper-Oberfläche -, das Emissionsvermögen zu bestimmen. Anderenfalls könnten Sie ohne weiteres sehr irreführende Ergebnisse erhalten.

Unser Sortiment umfasst Kühlkörper mit den drei gängigen Oberflächenbehandlungen. Kühlkörper des Unternehmens Fischer elektronik sind standardmäßig je nach Namenskürzel (SA = schwarz anodisiert, ME = natürlich anodisiert, AL = rohes und entfettetes Aluminium) mit natürlich oder schwarz anodisierter Oberfläche erhältlich.
Bei Interesse an Kühlkörpern erreichen Sie uns über die E-Mail-Adresse verkauf@soselectronic.de