Elektronik kühlen mit Luft und Wasser

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Flüssigkeit-zu-Luft-Kühlung

Besonders leicht fällt eine Entscheidung für Flüssigkeitskühler dann, wenn für die zu entwärmenden Bauelemente eine Möglichkeit besteht, schon am Einsatzort vorhandene Flüssigkeitskreisläufe zu nutzen und für die Entwärmung der Leistungshalbleiter einzusetzen. Für alle Größenordnungen von Flüssigkeitskühlern sind am Markt diverse Rückkühlsysteme erhältlich, die als Flüssigkeit-zu-Luft-Kühlung funktionieren und der Entwärmungsmenge angepasst werden können. Diese Systeme werden dann an geeigneter Stelle außerhalb der zu kühlenden Leistungsbauteile montiert und bieten höchstmögliche Flexibilität hinsichtlich Platzierung und Dimensionierung.

Auch die bekannten Einwände zu Flüssigkeitskühlern, Wasser und Elektronik passten nicht zusammen, sind nicht mehr relevant. Aufgrund der heutigen Fertigungsmethoden und der geprüften Sicherheit als auch der Verwendung moderner Schlauch- und Kupplungssysteme sind absolut zuverlässige Verbindungen gegeben. Anschlüsse in sogenannter „no drop“-Ausführung, d.h. kein Tropfen beim Aus- und Einstecken, sind Stand der Technik (Bild 4).

Heutige Anwendungsbereiche für Hochleistungsentwärmungskonzepte mit Luft- und/oder Flüssigkeitskühlern sind besonders bei Leistungselektroniken für Antriebe und Regelungen sowie in den Bereichen der Windenergieanlagen und Photovoltaik zu finden, da hier bedeutende elektrische Leistungen und somit hohe thermische Verlustleistungen vorliegen.

Entwärmungsproblematik gelöst?

Sind dem Anwender die technischen Hintergründe der Entwärmung einmal bekannt, ist die Auswahl des passenden Entwärmungskonzeptes für die spezifische Problemstellung immer noch nicht ganz einfach. Zu viele Randbedingungen sind hier einflussgebend und müssen beachtet werden. Die optimale schaltungstechnische Platzierung der elektronischen Bauteile kann oftmals – und das ist sehr häufig so – nicht mit der wärmetechnisch besten Lösung harmonisiert werden. Designtechnische Belange sind primär zu beachten und die Entwärmung soll dann auch noch hinzubekommen sein.

EMV-technisches und materialspezifisches Gehäusedesign erschwert zusätzlich die im Labor durchaus funktionsfähige Wärmeableitung, und bei umfangreichen Projekten ist dann erheblicher Koordinierungsaufwand notwendig, um alle Funktionsgruppen einzupassen.

Das Verlangen der Gerätehersteller, Ideen kurzfristig umzusetzen, Stichwort „time-to-market“, führt zu erheblichen Stresssituationen, wenn, neben allem Anderen, auch die noch sehr komplexe Entwärmung betrachtet und gelöst werden muss.

Effektiv wirksames Wärmemanagement, die Entwärmung der Leistungselektronik zur Sicherstellung der Funktion und zur Lebensdauerverlängerung ist das Qualitätsmerkmal für bewusst agierende Hersteller elektronischer Baugruppen und Geräte.

*Lothar Noelle ist in der Entwicklung bei Fischer Elektronik in Lüdenscheid tätig.

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