Hitze lässt Elektronik-Bauteile »alt« aussehen

Thermisch bedingte Ausfälle sind eine häufige Ursache für Störungen und Versagen elektronischer Baugruppen. Bei LEDs beispielsweise reduziert sich der Lichtstrom auf etwa die Hälfte, sobald die Betriebstemperatur von 25 auf 75 °C ansteigt. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass erst ein wirksames Wärmemanagement eine Steigerung der Effizienz bei gleichbleibender Lebensdauer realisieren kann.

Thermisch bedingte Ausfälle sind eine häufige Ursache für Störungen und Versagen elektronischer Baugruppen. Bei LEDs beispielsweise reduziert sich der Lichtstrom auf etwa die Hälfte, sobald die Betriebstemperatur von 25 auf 75 °C ansteigt. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass erst ein wirksames Wärmemanagement eine Steigerung der Effizienz bei gleichbleibender Lebensdauer realisieren kann.

Der Trend zur Miniaturisierung und zu immer höherer Leistungsfähigkeit macht wirksames Wärmemanagement nicht einfacher. Mit einem durchdachten Design lassen sich bereits im Vorfeld die Weichen stellen, und wertvolle Dienste kann dabei die CFD-Analyse (Computational Fluid Dynamics, Numerische Strömungsanalyse) leisten. Sie ist immer dann sinnvoll, wenn man die Auslegung der Kühlkörper nicht „von Hand“ berechnen und abschätzen möchte oder aufwendige Messungen zu vermeiden sucht. Mit dem Werkzeug lassen sich Ursache und Wirkung von Wärmelasten, Temperaturund Strömungsverteilung darstellen. Zudem bietet die dreidimensionale Betrachtung Einblicke in das gesamtthermische Verhalten der Baugruppe.

Das Analyse-Werkzeug berücksichtigt den thermischen Widerstand, die Stoff- und Wärmeleitwerte, Konvektion, Strahlung und Wärmeleitung. Ebenso fließen das genaue Design-Abbild (CAD-Daten) sowie die realen Einbau- und Umgebungsbedingungen in das Berechnungsmodell mit ein. Die erforderlichen Berechnungen führt das Analyse-Werkzeug eigenständig durch und generiert abschließend alle Daten, anhand derer man den geeigneten Kühlkörper entsprechend dem thermischem Leistungsvermögen, der Design-Vorstellung und den Einbaubedingungen auswählen kann.

Wirksame Wärmeabfuhr

Der Distributor Rutronik arbeitet dabei sehr eng mit seinem Partner Assmann WSW zusammen, einem Spezialisten für Kühltechnik. Auf modernen CNC-Bearbeitungszentren werden die aus eigenen Werkzeugen vorgepressten Kühlkörperprofile entsprechend den Kundenvorgaben bearbeitet. Die Stiftkühlkörper (Bild 1) stellen in allen Bereichen, in denen Prozessoren zum Einsatz kommen, eine sehr wirksame Methode zur Wärmeabfuhr dar. Durch die strömungsbegünstigende Rippengeometrie erlangen sie hohe Wirkungsgradwerte und einen optimalen Luftdurchsatz.

Wenn Wärme abgeleitet werden soll, zielt der erste Griff meist nach einem Lüfter. Geräuschentwicklung und Lebensdauer bilden hier die kritischen Punkte, die unter anderem über die verwendeten Lager positiv beeinflussbar sind. Ein gutes Beispiel hierfür ist das HTLS (High operating Temperature and Long Life Sleeve bearing system) des Brushless-DC-Lüfters aus dem Hause Jamicon, das eine Betriebszeit bis 100 000 Stunden erreicht. Ebenso interessant ist das Superflow-Lager des Rutronik-Franchisepartners Delta. Bei diesem Gleitlager sorgt eine Spezialkonstruktion für die effiziente Dichtung des Lagers und nebenbei für eine längere Lebensdauer als bei herkömmlichen Gleitlagern. Zum Einsatz kommt das neue Gleitlager unter anderem bei den Lüftersystemen FTA-0102AA und FTA03302AA, die in 19-Zoll-Computerschränke eingebaut werden (Bild 2).