Mehr ist nicht immer mehr. Wenn CPUs immer leistungsfähiger werden, kommt es auf Kühlung mit hoher Leistungsdichte an. Heatpipes sind hier ein gefragtes Modell. Kühlkörperhersteller CTX Thermal Solutions zeigt, dass sich ihre Leistung nur erhöhen lässt, wenn man das Gesamtsystem im Auge behält.
In der Industrie sind PCs zu wichtigen Stützen der Automatisierung geworden. Von ihren CPUs (Central Processing Units) erfordert das neben hohen Taktraten vor allem Robustheit. Sie müssen mit zehn bis zwanzig Jahren besonders langlebig sein, in Umgebungstemperaturen von -40 bis +85 °C funktionieren und Belastungen wie zum Beispiel Vibrationen standhalten. Das schnelle Ableiten der Verlustleistungen, die hier zwischen 35 und 65 W erreichen können, ist daher essenziell. Für die Kühlung von CPUs in Industrie-PCs fertigt CTX Thermal Solutions Heatpipes. Mit der richtigen Auslegung lässt sich dabei ihre Leistungsfähigkeit auf engstem Bauraum optimal ausnutzen.
Warum Heatpipes für Industrie-CPUs gefragt sind
Heatpipes sind gerade in der Industrie ein etablierter Wärmeleiter. Sie führen sehr schnell hohe Verlustleistungen vom Hotspot ab. Dabei sind sie wartungsarm und arbeiten als passive Kühllösung im staubsicher geschlossenen IPC-Gehäuse. Warum das so ist, leitet sich von ihrem Funktionsprinzip ab. Eine Heatpipe ist ein geschlossenes System aus einem Kupferrohr mit einem Kühlmedium. Wo sich dieses erhitzt, entsteht Verdampfungswärme und der Druck im Rohrinnern senkt sich. Durch das Druckgefälle strömt der Dampf zur kälteren Stelle der Heatpipe, wo er kondensiert und die Wärme an einen Kühlkörper abgibt. Die innere Kapillarstruktur des Rohres transportiert die Flüssigkeit entgegen der Schwerkraft wieder zurück zur CPU. Das passive Kühlsystem arbeitet eigenständig und benötigt keine externen Wasserpumpen, Rohrleitungen oder Lüfter.
Wieso mehr Rohre nicht automatisch mehr Leistung bedeuten
Heatpipes bieten eine hohe Gestaltungsfreiheit. Dadurch eignen sie sich ideal für die engen Bauräume von PCs. Leistungsstärkere CPUs erfordern dabei nicht zwingend zusätzliche Heatpipes. Es ist ein Zusammenspiel mehrerer Faktoren, das CTX für den verfügbaren Platz passgenau auslegt. Entscheidend ist dabei zunächst, wie viel Wärme eine einzelne Heatpipe transportieren kann. Dies wird im Wesentlichen bestimmt durch ihren Durchmesser, die Länge, ihre Kapillarstruktur sowie ihre Konstruktion für einen ungehinderten Wärmetransport. Als zweiten maßgeblichen Faktor nennt CTX die Einbaulage der Heatpipe. Eine vertikale Anordnung kann die Leistungsfähigkeit einer Heatpipe verbessern: Liegt ihr Verdampfer unterhalb des Kondensators, unterstützt sie den Rückfluss des Arbeitsfluids durch die Schwerkraft. Unabhängig davon ist ein möglichst guter thermischer Kontakt zwischen Heatpipe, Wärmequelle und Kühlkörper entscheidend, um den Wärmewiderstand zu minimieren.
Mehr Rohre bedeuten in der Regel auch, dass sich die Zahl der Wärmeübergänge und der Wärmewiderstand erhöht. Daher erfordert eine solche Erweiterung immer auch eine Anpassung von Kühlkörper und Luftführung. Auf diese Weise bleiben Verdampfung, Wärmetransport, Kondensation und Rückfluss im Gleichgewicht.
Nach welchen Kriterien die Auslegung erfolgt
CTX übernimmt die anwendungsspezifische Auslegung von Kühlkörpern nach Entwärmungsbedarf, Bauraum und Umgebungsbedingungen. In einer thermischen Simulation überprüft der Hersteller die Leistungsdaten und optimiert bei Bedarf über Design- oder Materialanpassungen die Kühlleistung. Neben Heatpipes fertigt der Hersteller alle weiteren Standardkühlkörper wie zum Beispiel Profil- und Flüssigkeitskühlkörper. Darüber hinaus entwickelt und fertigt CTX auch kundenindividuelle Kühllösungen.
In der Industrie sind PCs zu wichtigen Stützen der Automatisierung geworden. Von ihren CPUs (Central Processing Units) erfordert das neben hohen Taktraten vor allem Robustheit. Sie müssen mit zehn bis zwanzig Jahren besonders langlebig sein, in Umgebungstemperaturen von -40 bis +85 °C funktionieren und Belastungen wie zum Beispiel Vibrationen standhalten. Das schnelle Ableiten der Verlustleistungen, die hier zwischen 35 und 65 W erreichen können, ist daher essenziell. Für die Kühlung von CPUs in Industrie-PCs fertigt CTX Thermal Solutions Heatpipes. Mit der richtigen Auslegung lässt sich dabei ihre Leistungsfähigkeit auf engstem Bauraum optimal ausnutzen.
Warum Heatpipes für Industrie-CPUs gefragt sind
Heatpipes sind gerade in der Industrie ein etablierter Wärmeleiter. Sie führen sehr schnell hohe Verlustleistungen vom Hotspot ab. Dabei sind sie wartungsarm und arbeiten als passive Kühllösung im staubsicher geschlossenen IPC-Gehäuse. Warum das so ist, leitet sich von ihrem Funktionsprinzip ab. Eine Heatpipe ist ein geschlossenes System aus einem Kupferrohr mit einem Kühlmedium. Wo sich dieses erhitzt, entsteht Verdampfungswärme und der Druck im Rohrinnern senkt sich. Durch das Druckgefälle strömt der Dampf zur kälteren Stelle der Heatpipe, wo er kondensiert und die Wärme an einen Kühlkörper abgibt. Die innere Kapillarstruktur des Rohres transportiert die Flüssigkeit entgegen der Schwerkraft wieder zurück zur CPU. Das passive Kühlsystem arbeitet eigenständig und benötigt keine externen Wasserpumpen, Rohrleitungen oder Lüfter.
Wieso mehr Rohre nicht automatisch mehr Leistung bedeuten
Heatpipes bieten eine hohe Gestaltungsfreiheit. Dadurch eignen sie sich ideal für die engen Bauräume von PCs. Leistungsstärkere CPUs erfordern dabei nicht zwingend zusätzliche Heatpipes. Es ist ein Zusammenspiel mehrerer Faktoren, das CTX für den verfügbaren Platz passgenau auslegt. Entscheidend ist dabei zunächst, wie viel Wärme eine einzelne Heatpipe transportieren kann. Dies wird im Wesentlichen bestimmt durch ihren Durchmesser, die Länge, ihre Kapillarstruktur sowie ihre Konstruktion für einen ungehinderten Wärmetransport. Als zweiten maßgeblichen Faktor nennt CTX die Einbaulage der Heatpipe. Eine vertikale Anordnung kann die Leistungsfähigkeit einer Heatpipe verbessern: Liegt ihr Verdampfer unterhalb des Kondensators, unterstützt sie den Rückfluss des Arbeitsfluids durch die Schwerkraft. Unabhängig davon ist ein möglichst guter thermischer Kontakt zwischen Heatpipe, Wärmequelle und Kühlkörper entscheidend, um den Wärmewiderstand zu minimieren.
Mehr Rohre bedeuten in der Regel auch, dass sich die Zahl der Wärmeübergänge und der Wärmewiderstand erhöht. Daher erfordert eine solche Erweiterung immer auch eine Anpassung von Kühlkörper und Luftführung. Auf diese Weise bleiben Verdampfung, Wärmetransport, Kondensation und Rückfluss im Gleichgewicht.
Nach welchen Kriterien die Auslegung erfolgt
CTX übernimmt die anwendungsspezifische Auslegung von Kühlkörpern nach Entwärmungsbedarf, Bauraum und Umgebungsbedingungen. In einer thermischen Simulation überprüft der Hersteller die Leistungsdaten und optimiert bei Bedarf über Design- oder Materialanpassungen die Kühlleistung. Neben Heatpipes fertigt der Hersteller alle weiteren Standardkühlkörper wie zum Beispiel Profil- und Flüssigkeitskühlkörper. Darüber hinaus entwickelt und fertigt CTX auch kundenindividuelle Kühllösungen.
