Hoe dik moet een koellichaam zijn voor een efficiënte warmteafvoer?

Een groot, volumineus koellichaam betekent niet altijd een betere koeling. Ik heb compacte ontwerpen gezien die beter presteerden omdat de dikte en geometrie juist waren.

De juiste dikte voor een koellichaam hangt af van de rol van de basis en de vinnen: de basis verspreidt de warmte van de bron en de vinnen geven deze af aan de lucht. Beide moeten in balans zijn, niet maximaal.

Laten we eens kijken naar wat de ideale dikte bepaalt, waarom de geometrie van de vinnen er toe doet, hoe je efficiënt ontwerpt en welke moderne trends de materialen van koellichamen vormgeven.

Wat bepaalt de optimale dikte van het koellichaam?

Sommige koellichamen falen zelfs als ze enorm groot zijn, meestal omdat hun basis te dun is of de lamellen te dicht op elkaar zitten. Ik ben dit een paar keer tegengekomen toen ik klanten hielp met herontwerpen.

De beste dikte is een balans tussen thermische geleidbaarheid, vinnenefficiëntie, basisverspreidingsweerstand, luchtstroom en beperkte afmetingen. Je kunt niet alles gewoon dik maken en verwachten dat het werkt.

Dit is hoe ik erachter kom:

Wat te overwegen

Een te dunne basis kan de warmte niet goed verspreiden. Te dunne vinnen kunnen misschien niet genoeg warmte afvoeren. Maar alles dikker maken verhoogt het gewicht en de kosten en kan de luchtstroom verminderen.

Typische waarden

• Dikte basis: Vaak 5-10 mm voor geëxtrudeerd aluminium; meer voor koper.
• Dikte van de vinnen: Ongeveer 0,5-1,5 mm voor aluminium; 0,2-0,6 mm voor koper.
• Afstand: Meestal >4 mm in ontwerpen met natuurlijke convectie.
• Hoogte vinnen: Afhankelijk van de luchtstroom en het ontwerp, maar meestal 20-50 mm.

Het doel is om warmte van de bron naar de basis te laten stromen, gelijkmatig te verspreiden en dan naar de vinnen en naar buiten naar de lucht te laten stromen. Als een deel van die keten een hoge weerstand heeft, lijden de prestaties daaronder.

Wat zijn de voordelen van de juiste vingeometrie?

Ik heb ooit een ontwerp zien falen in thermische tests, niet omdat het materiaal verkeerd was, maar omdat de vinnen te dicht op elkaar zaten en de luchtstroom blokkeerden. Door de afstand tussen de vinnen te veranderen, was het probleem opgelost.

Een goed ontworpen vingeometrie verbetert de koeling door het oppervlak te vergroten, een soepele luchtstroom mogelijk te maken en elke vin effectief te maken.

Waarom geometrie belangrijk is

• Oppervlakte: Meer oppervlakte = betere warmteoverdracht, zolang de lucht maar kan bewegen.
• Luchtstroom: Lucht moet ruimte hebben tussen de lamellen. Te dicht bij elkaar betekent slechte koeling.
• Efficiëntie van de vinnen: Lange, dunne vinnen blijven misschien niet heet genoeg bij de uiteinden.
• Materiaalgebruik: Een goede geometrie gebruikt minder metaal voor dezelfde prestaties.
• Oriëntatie: Verticale lamellen helpen bij natuurlijke convectie; gekruiste lamellen zijn geschikt voor geforceerde lucht.

Tips die werken

Ik gebruik deze als ik klanten begeleid. Het gaat niet om gissen, maar om testen welke vorm warmte en lucht samen laat stromen. Dat is wat echte resultaten oplevert.

Hoe kan ik een koellichaam met ideale dikte ontwerpen?

Ik begin altijd met het probleem dat we oplossen: hoeveel warmte, hoe snel en waar het naartoe gaat. Van daaruit werk ik terug naar afmetingen en materialen.

De ideale dikte ontwerpen betekent inzicht hebben in je belasting, materiaalbeperkingen, luchtstroming en beperkingen qua afmetingen. Het is een stapsgewijze balans, geen giswerk.

Stappenplan

1. Thermisch doel definiëren

   • Vermogensbelasting (W)
   • Max. toegestane temperatuurstijging (°C)
   • Gewenste warmteweerstand (°C/W)

2. Materiaal kiezen

   • Aluminium voor lichte, goedkope systemen
   • Koper voor compacte spoelbakken met hoge prestaties

3. Kies de dikte van de basis

   • Dun als de warmtebron breed is
   • Dik als de warmtebron klein en centraal is

4. Selecteer vinprofiel

   • Dikte: 0,5-1,5 mm (Al), 0,2-0,6 mm (Cu)
   • Hoogte: 20-50 mm
   • Afstand: ≥4 mm (natuurlijke convectie)

5. Simuleren of berekenen

   • Gebruik een rekenmachine of CFD-software
   • Controleer de basisweerstand + vinprestaties

6. Aanpassen en herhalen

   • Te heet? Dikkere basis of meer vinnen
   • Te zwaar? Dunnere basis of kortere vinnen

Voorbeeld

Wat zijn de ontwikkelingen op het gebied van lichtgewicht koellichamen?

Tegenwoordig willen klanten kleinere en lichtere systemen, vooral voor EV's, drones en draagbare apparatuur. Dat betekent dat we betere materialen en slimmere vormen nodig hebben.

Nieuwe ontwerpen maken gebruik van dunnere vinnen, gemengde materialen en heat pipes om gewicht te besparen en toch apparaten veilig te koelen.

Wat verandert er?

1. Dunne vin technologie

   • Met afgeschuinde vinnen kunnen we aluminium vinnen maken zo dun als 0,3 mm
   • Meer lamellen, betere luchtstroom, minder metaal

2. Hybride ontwerpen

   • Koperen basis + aluminium vinnen = betere prestaties met minder gewicht
   • Gebruikelijk in high-end elektronica

3. Warmtebuizen en dampkamers

   • Verplaats warmte snel met minimaal metaal
   • Vervangen vaak dikke bodems

4. 3D-geprinte structuren

   • Gebruik traliewerk of honingraatvormen
   • Sterk, licht en op maat gemaakt

5. Oppervlaktecoatings

   • Zwart anodiseren verbetert de straling
   • Nano coatings verminderen oppervlakteweerstand

Overzichtstabel

We bieden nu dunnere aangepaste profielen, lichtere aluminiumlegeringen en afwerkingen die het thermisch rendement verhogen. Het gaat niet alleen meer om de vorm, maar om de totale systeemefficiëntie.

Conclusie

Het kiezen van de juiste dikte van het koellichaam betekent het afstemmen van je thermische behoeften op het juiste materiaal, de juiste vorm en de juiste luchtstroom. Te dik verspilt ruimte en gewicht. Te dun riskeert oververhitting. Met nieuwe materialen en slimmere ontwerpen is het nu mogelijk om elektronica met een hoog vermogen efficiënter en compacter te koelen dan ooit tevoren.