CompactPCI-System Leise dank Flüssigkühlung

Projektleiter Manuel Murer von EKF stellt das Flüssigkeitsgekühlte System »CoolConduct« vor.
Projektleiter Manuel Murer von EKF stellt das Flüssigkeitsgekühlte System »CoolConduct« vor.

Mit einer patentierten Flüssigkeitskühlung schafft EKF den Spagat zwischen effizienter Kühlung und der notwendigen Kapselung der Systeme, um den Eintrag von Staub und Schmutz in harschen Umgebungen zu vermeiden.

Der Hunger nach Rechenleistung steigt bei modernen Anwendungen von Jahr zu Jahr. Erprobungsfahrzeuge in den Bereichen autonomes Fahren, Vermessung, Kartografie oder Fahrweginspektion aus einem sich bewegenden Fahrzeug oder Predictive Maintenance unter erschwerten Bedingungen erfordern Multi-CPU-Systeme der aktuellen Core-i7-Klasse. Die Systeme nutzen in der Regel diverse Hochleistungsgrafikkarten zur Versuchsvisualisierung sowie schnelle Datenspeicherung von Rohdaten, Vorverarbeitungsergebnissen und Ereignissen. In solchen Systemen treten leicht Verlustleistungen im Bereich von mehreren 100 Watt auf, im Extremfall kann sogar die Kilowattgrenze überschritten werden.

Müssen diese Systeme aufgrund der Umgebungsbedingungen (Ölbohrplattform, Raffinerie) gekapselt werden oder müssen sich sogar mehrere solcher Systeme einen engen Bauraum teilen, ist die thermische Planung der Abwärme essenziell. Für solche Systeme hat EKF ein neues Flüssigkeitskühlsystem entwickelt und auf der Embedded World vorgestellt. Es eignet sich für marktübliche Baugruppen in 3 und 6 HE aller Bussysteme wie ComptacPCI(-Serial) inkl. EN50155 und VPX. Die Kühltechnik ist in den Baugruppenträger integriert. Die neue Wärmekontakttechnologie erlaubt es, die Baugruppen im Feld einzeln zu tauschen, ohne Spezialwerkzeuge und ohne den Baugruppenträger zu demontieren. Das System soll um mindestens die Hälfte preiswerter sein als herkömmliche Technologien.

Vor Ort austauschbar

Das neue System CoolConduct von EKF, das in Zusammenarbeit mit einem deutschen Spezialisten industrieller Flüssigkeitskühlungen zur Serienreife entwickelt wurde, basiert auf drei aufeinander abgestimmten Komponenten: In den Baugruppenträger wird der primäre Wärmetauscher integriert. Durchströmt von einem Kühlmittel, stellt er die Konduktionsbasis für die zu kühlenden Baugruppen dar. An den Baugruppenträger wird über zwei Bajonettkupplungen die Einheit mit Kühlpumpen und Kühlmittelbehälter angeschlossen, die abgesetzt vom Baugruppenträger mehrere Meter entfernt untergebracht werden kann. Die Bajonettkupplungen sind rückschlagsfrei, das heißt, sie können im Feld ohne Kühlmittelaustritt an- und abgekoppelt werden.

An die Kühlpumpe wird der sekundäre Kühlkreislauf mit einem weiteren Wärmetauscher angeschlossen, der im Außenbereich das Kühlmittel kühlt. Durch diese zwei Kühlkreisläufe kann das System quasi von der Umgebungsluft unabhängig eingesetzt und gekühlt werden. Es kommt vor allem zu keinem Schmutzeintrag durch die Kühlung in den Baugruppenträger. Das gesamte System überwacht sich selbst, Fehler werden alarmiert. Bis hierhin ist das System sicher bereits durch seine Robustheit und thermische Leistung beeindruckend.

Footprint mal anders

Die eigentliche Innovation aber, die zum Patent angemeldet wurde, ist die Art und Weise, wie die Baugruppen an den primären Wärmetauscher im Baugruppenträger angeschlossen werden. Die bisherige Technologie mit sogenannten Wedge Locks, die vor allem im militärischen Bereich eingesetzt wurde, erforderte speziell für diesen Einsatzzweck entwickelte und damit teure Baugruppen, die nicht immer State of the Art waren. Bei der EKF-Technologie wird das inverse, dreidimensionale Abbild der Bestückungsseite in einen Kupferblock gefräst, der über eine neuartige Andrucktechnologie mit dem primären Wärmetauscher mit einem hohen thermischen Wirkungsgrad verbunden wird. Dadurch bleiben die Baugruppen zu jedem Zeitpunkt im Feld im Baugruppenträger einsteckbar bzw. können entnommen werden, ohne Verwendung von Spezialwerkzeugen und ohne den Baugruppenträger demontieren zu müssen.

Die Vorteile – hohe Kühlleistung auch in harschen Umgebungen, Verwendung moderner, aktueller Rechnertechnologie und Wechselfähigkeit der Baugruppen im Feld – werden durch ein weiteres Merkmal abgerundet, das bei diesen Vorteilen nicht vermutet wird: Laut Hersteller ist das System aufgrund einiger intelligenter Details nur halb so teuer wie die bisherigen am Markt verfügbaren, professionellen Lösungen.