Dienstleistung Elektronikkühlung

Anbieter zum Thema

CADFEM Germany GmbH

CTX Thermal Solutions GmbH

ALPHA-Numerics GmbH

Fallbeispiel Elektronikkühlung:

Leuchtdioden

Aufgrund der wachsenden Nachfragen nach applikationsbezogenen Kühlungsmethoden in der LED-Technologie habe ich diesen Schwerpunkt gewählt. Wir erhalten Anfragen von Leuchtenherstellern aus den Bereichen Leuchten in abgehängten Decken, Straßenbeleuchtung, Leuchtmittel in der Automobil- oder Flugzeugtechnik sowie der Arbeitsplatzbeleuchtung.

Der typische Inhalt einer Anfrage umschließt meist folgende Ausgangssituation:

• Ein bestehendes Leuchtmittel soll gegen ein LED-Modul ausgetauscht werden.

• Das LED-Modul hat z.B. eine Leistung von 48 W und ist von Hersteller XYZ.

• Das Modul soll maximal 50°C warm werden, um die Leuchtkraft und die Lebensdauer nicht negativ zu beeinflussen.

• Im Einbauraum können auch mal Umgebungstemperaturen von 40°C herrschen.

• Kein Lüfter (Lärm und Ausfallrisiko).

• Man hat bisher gebastelt und gemessen.

• CFD-Simulation ist noch nie mit eingebunden worden.

Aus diesen Grundfakten heraus werden dann weitere Fragen abgeglichen. Hier ist es wichtig den genauen Einbauort zu definieren, d.h., ob die Leuchte auch Fremdwärmequellen wie der Sonne oder einem Motor ausgesetzt ist, spritzwasserdicht im Gehäuse verpackt sein soll, durch einen engen Einbauraum kaum lokale Kühlmasse bietet oder Vorgaben bezüglich Gewicht und Montage das Kühlsystem eingrenzt.

Auch sollte man sich das LED-Modul genauer ansehen und über den Hersteller die genaue „Verlust“-Leistung ermitteln.

Nachdem man sich ein grobes Bild der Aufgabenstellung gemacht hat, ist eine Aufwandsabschätzung möglich. Diese beschreibt eine Mischkalkulation aus den aktiven Arbeitsstunden des Spezialisten (Projektanalyse, Modellerstellung, Kalibrierung, Projektgespräche und Erstellung einer detaillierten Auswertung) sowie einem Anteil der tatsächlichen Projektlaufzeit, welche sich teilweise aus der Belegung der Hardware Ressourcen ergibt.

Nach der Auftragserteilung wird das Modell erstellt und anhand weiterer Daten, z.B. CAD-Daten, Materialdatenblättern oder Technologiebeschreibungen der Leiterplatten spezifiziert (Bild 2).

Nachdem das erste Modell steht, wird dieses mit dem Kunden anhand einer virtuellen Sitzung noch einmal durchgesprochen. So vermeidet man Missverständnisse und läuft nicht Gefahr auf falscher Basis weiter zu arbeiten.

Eine derartige virtuelle Sitzung findet online über ein Meetingtool, z.B. Webex, statt, bei der der Moderator seinen Bildschirm mit dem der Teilnehmer teilt.

Das erste Resultat der Simulation ist eine Darstellung der thermischen Wärmepfade in der Leuchte sowie die Analyse der ersten Kühlungsidee. Bei Bedarf wird dies schon in einem ersten Bericht sauber protokolliert und dem Kunden zur Verfügung gestellt.

Die Ergebnisse, welche in Form von interaktiven Animationen der Luftströmung sowie virtuellen Temperaturschnitten durch das Objekt bestehen, werden mit den Kunden im Detail besprochen. Gemeinsam werden weitere mögliche Maßnahmen zur Entwärmung diskutiert. Dies kann wieder in einer virtuellen Sitzung oder in einem Meeting vor Ort beim Kunden geschehen.

Der letzte Schritt ist nun die Erstellung der Varianten und deren Analyse. Als Ergebnis erhält man, basierend auf den Anforderungen, ein sauberes Kühlungskonzept für die Leuchte.

Diese finalen Ergebnisse werden zum einen in einem Bericht protokolliert, können aber auch zum anderen als interaktive Datei zur Verfügung gestellt werden.

Dienstleistung Elektronikkühlung: Was der finale Bericht beinhalten sollte

Der Bericht solch einer Dienstleistung sollte sauber und übersichtlich strukturiert sein. Neben der Auflistung aller gelieferten Daten wie Geometrie, Verlustleistungen, Materialdaten und Umgebungsbedingungen sollten auch die benutzen Annahmen, welche an die Stelle fehlender Detaildaten getreten sind, sauber dokumentiert sein (z.B. Materialdaten, Oberflächenemissivitäten etc.).

Die Simulationsergebnisse kann man sich als Messkurven virtueller Messfühler oder projizierte Schnitte sowie in Tabellenform ausgeben lassen.

Im Beispiel mit der Software 6SigmaET ist es zudem möglich, sich die Ergebnisse als native Datei übersenden zu lassen. Durch einen stand-alone Viewer von 6SigmaET-Ergebnissen kann der Kunden selbstständig die Simulationsergebnisse dreidimensional anzeigen und zoomen/rotieren. Dies ermöglicht einen besseren Einblick in die Wärmewege der Leuchte und hilft bei zukünftigen Entwicklungen.

Die Entscheidung zwischen einer eigenen Simulationssoftware oder einer externer Dienstleistung hängt davon ab, ob Ihr Unternehmen das Wissen im eigenen Hause behalten und pflegen möchte, oder ob eine gewisse Flexibilität ohne Verpflichtungen gewährleistet sein soll.

Des weiteren hängt die Entscheidung natürlich von der Art und Komplexität der Projekte sowie der Amortisation der Kosten ab.

* * Tobias Best ist geschäftsführender Gesellschafter der Alpha-Numerics GmbH in Neuhäusel.