Kühlung sensibler Komponenten mit Peltier-Elementen

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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

dataTec AG

CTX Thermal Solutions GmbH

EURECA Meßtechnik GmbH

Simulation für Anpassung und Spezialanfertigung

Um zu bestimmen, wie das ideale Kühlelement für eine geforderte Kühlleistung und -temperatur passend zu den Umgebungsbedingungen dimensioniert werden muss, entwickelte man ein Simulationsprogramm, das die Wärmeströme bei unterschiedlichen Konfigurationen und Szenarien abbilden kann.

Dies erlaubt eine physikalisch fundierte Auswahl geeigneter Komponenten und reduziert die sonst häufigen Trial-and-Error-Schleifen, mit denen man sich üblicherweise an eine geeignete Lösung herantastet. Entsprechend den Werten aus der Simulation werden die konkreten Anforderungen an das Peltier-Element ermittelt.

Auf dieser Basis kann entweder ein passendes Element aus der großen Bandbreite an Standardtypen ausgewählt werden oder die Entscheidung fällt zugunsten einer spezifischen Anfertigung, deren Lastenheft direkt aus dem Anforderungsprofil abgeleitet werden kann.

Für die Herstellung arbeitet das Unternehmen mit internationalen Spezialisten zusammen, die alle Leistungs- und Qualitätsabstufungen vom Low-Cost- bis zum High-End-Element abdecken können. Das mögliche Standardspektrum reicht von Mikro-Elementen ab 4,3 x 4,3 mm, wie sie zum Beispiel für einzelne Sensoren verwendet werden können, bis hin zu Hochleistungs-Peltier-Elementen in Größen bis zu 62 x 62 mm.

Bei der Verwendung einzelner Elemente können Kühlleistungen von 450 W und mehr erzielt werden, für größere Kühlleistungen sind mehrere thermisch parallel geschaltete Peltier-Elemente eine gängige Praxis. Darüber hinaus sind für Anwendungen, die sehr niedrige Temperaturen erfordern, auch mehrstufige Varianten mit bis zu fünf Stufen übereinander verfügbar, die eine Temperaturdifferenz zwischen Heiß- und Kaltseite des Elements von über 130 K erzielen können.

Höhere Zuverlässigkeit durch komplette Module

Neben der Auswahl beziehungsweise dem Design der Peltier-Elemente stimmt man bei Bedarf auch die weiteren, für einen reibungslosen Betrieb notwendigen Komponenten, wie Kühlkörper, gegebenenfalls Lüfter oder Wasserkühlungen sowie die nötigen Wärmeleitprodukte in Form von Klebern, Pasten oder Pads, auf die entsprechenden Applikationen ab. Dadurch wird ein störungsfreier Wärmefluss von der elektronischen Komponente bis zum Kühlkörper oder einer Wasserkühlung sichergestellt.

Um die Zieltemperatur optimal zu treffen, wählen die Experten zusätzlich die passenden Regler, Netzteile sowie Temperatursensoren aus und übernehmen ebenfalls die fachgerechte Montage der Kühlmodule, vom Einzelmodul oder Prototypen bis hin zur Serienfertigung.

Wie die Ausgestaltung im konkreten Fall aussehen soll, wird jeweils in enger Absprache mit dem Kunden und im Abgleich mit den Ergebnissen aus den Simulationen entschieden, um sowohl die technische Machbarkeit, die qualitativen Ansprüche wie auch die wirtschaftliche Rentabilität zu berücksichtigen. Das Unternehmen kann hierzu auf die Erfahrungswerte von vielen Projekten aus unterschiedlichen Bereichen zurückgreifen.

Wärmemanagement

Vom Labor- bis zum Praxistest – energieeffiziente Kältemaschinen

* Jürgen Beckers ist Geschäftsführer sowie Leiter Verkauf und Marketing bei Eureca in Köln.

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