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Ausgewählte Ausgabe: 03-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Wärme sicher abgeführt

Neue wärmeleitende Polyamide von Lanxess eignen sich sehr gut für Bauteile, die Wärme aus Geräten abführen müssen. Sie sind dabei eine kostengünstige Alternative zu Druckgussmetallen – vor allem, wenn deren hohe Wärmeleitfähigkeit überdimensioniert ist. Entwicklungspartner werden unter anderem mit CAE-Berechnungen in der kunststoffgerechten Auslegung thermisch leitender Bauteile unterstützt.


Elektrische  und  elektronische Geräte werden immer kleiner ausgelegt  und  mit  mehr  Anwendungen und  Funktionen  ausgestattet.  Die elektrische Leistungsdichte ist daher höher,  was  zu  einer  starken  Wärmeentwicklung führt. Damit die Geräte sicher  funktionieren  und  eine  optimale  Leistungsfähigkeit  zeigen, muss  diese  Wärme  abgeleitet  werden. In der Elektro- und Elektronik-, aber  auch  in  der  LED-  und  Lichtindustrie  besteht  daher  ein  wachsender Bedarf an wärmeleitenden Materialien  für  das  thermische  Management – so etwa in der Fertigung von Kühlkörpern  oder  Gehäusekomponenten.  Dies  eröffnet  Thermoplasten gute Einsatzchancen.

Ausreichend wärmeleitfähig

Auf den ersten Blick scheinen Thermoplaste  mit  Wärmeleitfähigkeiten von 0,1 bis 0,2 W/mK als Material für wärmeableitende  Bauteile  im  Vergleich  zu  Metallen  völlig  ungeeignet zu  sein.  Zum  Beispiel  weist  Druckgussaluminium  Werte  von  rund  100 W/mK auf. Allerdings kann die thermische  Leitfähigkeit  von  Kunststoffen mit entsprechenden Füllmaterialien  um  mehr  als  das  Zehnfache  erhöht  werden.  Wie  Untersuchungen an einfachen Kühlkörpern beweisen, reichen bereits Wärmeleitfähigkeiten von 1 bis 1,5 W/mK aus, um die Temperatur  stark  zu  senken  und  einen Wärmestau  zu  vermeiden  (Bild  1). Die Temperatur der Kühlkörper hängt dabei  mit  wachsender  thermischer
Leitfähigkeit  des  Materials  zunehmend von der Konvektion und damit von  der  Wärmeaufnahmefähigkeit der umgebenden Luft ab.

Bild 1 Temperatur eines Kühlkörpers in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit: Ab einer Wärmeleitfähigkeit des Kühlkörpers von 1 bis 1,5 W/mK hängt dessen Temperatur immer mehr von der Luftkonvektion ab.

Bild 1
Temperatur eines Kühlkörpers in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit: Ab einer Wärmeleitfähigkeit des Kühlkörpers von 1 bis 1,5 W/mK hängt dessen Temperatur immer mehr von der Luftkonvektion ab.


Thermisch  leitfähige  Thermoplaste sind  daher  in  einer  Vielzahl  von  Anwendungsfällen  sehr  gut  für  Bauteile  des  Wärmemanagements  geeignet. Grundsätzlich bieten sie sich als Alternative  zu  Druckgussmetallen an, wenn deren sehr hohe Wärmeleitfähigkeit  nicht  benötigt  wird.  Darüber  hinaus  besitzen  wärmeleitende Thermoplaste gegenüber herkömmlichen  Wärmeleitmaterialien  wie  Metallen und Keramik mehrere Vorteile. So ist ihre Verarbeitung per Spritzguss ein  schnelles  und  einfaches  Verfahren,  um  Bauteile  in  Großserie  wirtschaftlich und nacharbeitsfrei zu fertigen.  Außerdem  können  im  Spritzgießprozess  direkt  Funktionen  wie Aufnahmen, Führungen oder Befestigungselemente  an  das  Bauteil  angeformt  beziehungsweise  integriert werden,  sodass  separate  Montageschritte  entfallen.  Hinzu  kommt  die geringere Dichte von Thermoplasten, die  sie  für  den  Leichtbau  prädestiniert.  Als  elektrische  Nichtleiter  lassen  sie  sich  einsetzen,  ohne  dass Maßnahmen zu ihrer Isolierung notwendig  sind.  Wegen  dieser  zahlreichen Vorzüge baut Lanxess eine neue Polyamid-Produktreihe Durethan TC (thermally  conductive)  für  das  thermische  Management von  Geräten auf.  Bisher  liegt  dabei  der  Fokus  auf Materialien, die nicht zusätzlich elektrisch leitfähig additiviert sind.

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Autoren

 Frank Lutter

Teamleiter CAE
Geschäftsbereich High Performance Materials, Lanxess Deutschland GmbH

 Thomas Malek

New Business Development Manager für Lichttechnik
Geschäftsbereich High Performance Materials, Lanxess Deutschland GmbH

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