Wärmemanagement in der Praxis Warum die beste Simulation ohne Messung wertlos bleibt

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Die klassischen Grundlagen kommen online, das gemeinsame Auslegen eines kompletten Kühlkonzepts live in Würzburg: Mit einer Seminarreihe des Zentrums für Wärmemanagement und dem Cooling-Track auf der Power of Electronics entsteht in diesem Jahr ein durchgängiges Ausbildungskonzept. Tobias Best erklärt, warum sich die Kombination aus Theorie und Praxis für Entwickler doppelt auszahlt.

Wärmeübertragung, thermische Widerstände, R_th-Werte, Kontaktkoeffizienten: Das Online-Programm des Zentrums für Wärmemanagement (ZFW) legt in der Vorwoche das Fundament. Am 25. September kommt dann mit dem Modul von Tobias Best die CFD-Simulation ins Spiel. Doch macht die Simulation die Überschlagsrechnung überflüssig? Ganz im Gegenteil, sagt Best:

„Eine kluge Handrechnung bietet speziell in der Konzeptphase schnelle Orientierung durch grobe Größenordnungen, bevor kostenintensive Simulationen laufen“, erklärt er. Vor allem aber dienen diese Rechnungen als Sanity Check: „Sie sorgen dafür, dass Annahmen tragfähig bleiben, bevor aufgrund falscher Annahmen oder Fehler im Simulationsmodell ungünstige Entscheidungen zum weiteren Entwicklungsweg gefällt werden.“ Handrechnungen ermöglichen rasche Parameteruntersuchungen, liefern Vorlaufwerte für die Validierung und erhöhen die Transparenz, weil Simulationsergebnisse nachvollziehbar bleiben.

Best zieht die Grenze klar: Wenn die Komplexität zu groß wird oder feine Details kritisch werden, reichen Überschlagsformeln nicht mehr aus. Genau dort beginnt das Feld der CFD-Simulation mit ihren detailreicheren und präziseren Vorhersagen für weitaus komplexere Systeme.

Berechnete oder gemessene Wahrheit?

Kann die Simulation den Messaufbau im Labor inzwischen ersetzen? Experte Tobias Best antwortet klar mit Nein: „Eine Simulation dient dazu, ein Gerätekonzept thermisch korrekt zu designen und bei der ersten Messung keine Überraschung zu erleben.“ Je genauer die Eingabewerte, beispielsweise zur Verlustleistungsverteilung, zu den Materialwerten oder zu den Kontaktwiderständen, bekannt sind, desto besser trifft die Simulation die späteren Messwerte.

Doch Best warnt vor blindem Vertrauen in beide Richtungen: „Auch Messungen können fehlerhaft sein oder falsch interpretiert werden.“ Am Ende jeder Simulations-Designstudie sollte dennoch eine Messung am Prototypen stehen, denn: „Ohne Messwerte bleiben Modelle mit Unsicherheiten behaftet. Messdaten helfen, diese Unsicherheiten zu quantifizieren und die Plausibilität der Ergebnisse zu prüfen.“ Insbesondere bei besonders komplexen Oberflächen, Montagefehlern oder nichtlinearen Effekten sind reale Messungen erforderlich, um das Modell zu validieren und für weitere Varianten sauber zu kalibrieren.

Neues Format bietet mehr Raum für Details

Seit vielen Jahren vermitteln Prof. Andreas Griesinger (DHBW), Robert Liebchen (ZFW) und Tobias Best (Alpha Numerics) die Grundlagen der Elektronikkühlung im Cooling-Track der Power of Electronics, die bereits Mitte der 2010er Jahre als Cooling Days gegründet worden sind. Die Experten aus Industrie und Hochschule vermitteln ihr Wissen kompakt, verständlich und vor allem praxisnah. Doch eine Erkenntnis setzte sich durch: „Für die vielen wichtigen Details, Fragen und Praxisbezüge braucht es mehr Raum.“

Deshalb wurde in diesem Jahr ein neues Format entwickelt: eine umfassende Seminarreihe, die gezielt auf die Anforderungen moderner Elektronikentwicklung eingeht und teilweise in die Präsenzkonferenz integriert ist. Der Spezialfokus von Best „CFD-Simulation für die Elektronikentwicklung“ wandert dabei bewusst in den Online-Part. Sein Ziel dort: „Den Einsatzzweck, den Einsatzzeitpunkt und die Möglichkeiten eines CFD-Werkzeugs im Detail erläutern und die Magie der CFD-Simulation für Neueinsteiger greifbar machen.“

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Vom Wissen zur Anwendung am Präsenztag

Am 29. September werden diese Grundlagen in Würzburg nur kurz zusammengefasst. Der Fokus liegt klar auf der Anwendung: „Wir befassen uns ausgiebig mit dem praktischen Einsatz des CFD-Tools anhand verschiedener Fallstudien aus der Entwicklung von Elektronikgeräten.“

Genau hier entsteht der eigentliche Mehrwert der Kombination. Während das Online-Seminar ein fundiertes Verständnis der CFD-Grundlagen, der Modellierungsgrade, des Meshings und der zentralen physikalischen Effekte wie Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung vermittelt, setzt der Präsenztag dieses Wissen unmittelbar um. In einer gemeinsamen Fallstudie wird das Kühlkonzept eines kompletten Elektronikgeräts entworfen und validiert.

Dabei lernen die Teilnehmer nicht nur, wann CFD sinnvoll ist und wie sie Ergebnisse kritisch bewerten. Sie arbeiten vielmehr an konkreten Anwendungen wie lüfterlosen und aktiv gekühlten Systemen, Wärmebrücken, Gehäusedesign und Leiterplatten-Topologien.

Zwei Termine, eine Lernkurve

Bests Empfehlung ist deshalb eindeutig: „Interessenten sollten an beiden Veranstaltungen teilnehmen, weil sie sich optimal ergänzen und eine schnelle, praxisnahe Lernkurve ermöglichen.“ Wer die Theorie mitnimmt und sie am Praxistag direkt im Fallbeispiel anwendet, verlässt Würzburg nicht mit flüchtigem Wissen, sondern mit einem belastbaren Werkzeugkasten für das nächste eigene Projekt. (heh)

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