Grü­ne Trans­for­ma­ti­on: Her­aus­for­de­run­gen der Elektronikkühlung

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Wir leben in der Zeit der grü­nen Trans­for­ma­ti­on!  

Alle Pro­zes­se und tech­ni­sche Anwen­dun­gen sol­len und müs­sen mög­lichst schnell emis­si­ons­frei gestal­tet wer­den. Dafür wer­den erneu­er­ba­re Ener­gien, wie z.B. Solar­ener­gie und Wind­kraft mas­siv aus­ge­baut. Fos­si­le Antriebs­for­men wer­den durch nach­hal­ti­ge­re Alter­na­ti­ven wie die Elek­tro­mo­bi­li­tät abge­löst.  

Aus­wir­kun­gen auf die Elek­tro­nik.  

Die kon­ti­nu­ier­li­che Wei­ter­ent­wick­lung der Tech­no­lo­gien führt zu immer höhe­ren Leis­tungs­dich­ten in der Elek­tro­nik. Der vor­han­de­ne Bau­raum erhöht sich jedoch nicht in ver­gleich­ba­rem Umfang. Im Gegen­teil: Bau­raum­op­ti­mie­rung hat bei vie­len Anwen­dun­gen auf­grund von Kos­ten­ge­sichts­punk­ten eben­falls Prio­ri­tät. Das führt in der Kon­se­quenz zu höhe­ren Ver­lust­leis­tun­gen der Wech­sel­rich­ter, Tran­sis­to­ren, IGBT (Bipo­lar­tran­sis­tor mit iso­lier­ter Gate-Elek­tro­de) oder sons­ti­gen Halb­lei­ter-Bau­ele­men­ten.  

Typi­sche Ein­satz­be­rei­che sind Wech­sel­rich­ter von Pho­to­vol­ta­ik­an­la­gen, Leis­tungs­elek­tro­nik von Wall­bo­xen und Lade­säu­len, 5G-Anten­nen und vie­le Wei­te­re. Hier wer­den bei ent­spre­chen­den Rede­signs nicht sel­ten Ver­lust­leis­tun­gen ver­dop­pelt. Bei gleich­blei­ben­dem oder sogar redu­zier­tem Bau­raum. 

Auf­grund der zuneh­men­den Leis­tungs­dich­ten auf ver­klei­ner­tem Raum müs­sen elek­tro­ni­sche Bau­ele­men­te wie Wech­sel­rich­ter oder IGBTs effek­ti­ver und bes­ser gekühlt wer­den. Wäh­rend noch vor eini­ger Zeit kon­ven­tio­nel­le Luft­küh­lung mit strang­ge­press­ten Luft­küh­lern aus Alu­mi­ni­um (auch Rip­pen­küh­ler, Pro­fil­kühl­kör­per oder Kamm­pro­fi­le genannt) der gän­gi­ge Sta­tus Quo war, for­dern die Leis­tungs­dich­ten inzwi­schen ver­mehrt akti­ve Kühl­ele­men­te wie z.B. Flüs­sig­küh­ler (auch Cold Pla­tes oder Flüs­sig­keits­kühl­plat­ten genannt). 

Auf­grund der Viel­zahl an ver­schie­de­nen Pro­dukt- und Her­stel­lungs­tech­no­lo­gien für Kühl­kör­per beginnt hier die Not­wen­dig­keit eines geeig­ne­ten und v.a. auch nach­hal­ti­gen Ther­mo­ma­nage­ments mit­hil­fe von opti­mal aus­ge­leg­ten Kühl­kör­pern. Ins­be­son­de­re der öko­lo­gi­sche Foot­print der Elek­tronik­küh­lung darf unter kei­nen Umstän­den bei die­ser Ent­wick­lung ver­nach­läs­sigt wer­den. 

Der Weg zur effi­zi­en­ten Küh­lung in der Leis­tungs­elek­tro­nik: 

Auch wenn leis­tungs­elek­tro­ni­sche Bau­ele­men­te wie IGBT oder Wech­sel­rich­ter in Stan­dards ver­kauft wer­den, kann die ent­spre­chend not­wen­di­ge Kühl­lö­sung meist nicht stan­dar­di­siert ange­bo­ten wer­den. Das liegt an den ver­schie­de­nen Ein­satz­be­rei­chen, Ansteue­run­gen, Umge­bungs­be­din­gun­gen, ver­füg­ba­ren Bau­räu­men oder sons­ti­gen Fak­to­ren.  

Eine indi­vi­du­el­le Ent­wick­lung einer Kühl­lö­sung für die spe­zi­fi­schen Anfor­de­run­gen ist des­halb in den meis­ten Fäl­len der Schlüs­sel für ein effek­ti­ves, effi­zi­en­tes und gleich­zei­tig nach­hal­ti­ges Ther­mo­ma­nage­ment. Hier­bei sind Luft­küh­ler, Flüs­sig­küh­ler (auch Flüs­sig­keits­kühl­plat­ten oder Cold Pla­tes genannt), oder kom­ple­xe­re Sie­de­kühl­sys­te­me ent­spre­chen­de Lösungs­an­sät­ze. In jedem Pro­dukt­be­reich gibt es ver­schie­de­ne Per­for­mance- und Her­stel­lungs­merk­ma­le, die pro­jekt­spe­zi­fisch fest­ge­legt wer­den soll­ten. Ins­be­son­de­re bei den Fer­ti­gungs­tech­no­lo­gien soll­ten nach­hal­ti­ge Tech­no­lo­gien favo­ri­siert wer­den, um den Foot­print des Gesamt­mo­duls mög­lichst gering zu hal­ten. Auch aus öko­no­mi­schen Gesichts­punk­ten spricht inzwi­schen bei ent­spre­chen­dem Know-How nichts mehr dage­gen.  

Durch eine opti­mal aus­ge­leg­te Elek­tronik­küh­lung wird also nicht nur die Lebens­dau­er der elek­tro­ni­schen Bau­ele­men­te maxi­miert, son­dern auch der Foot­print der Gesamt­an­wen­dung redu­ziert. Das funk­tio­niert sogar unter öko­no­mi­schen Gesichts­punk­ten, um die Wirt­schaft­lich­keit einer ent­spre­chen­den Anwen­dung nicht aus dem Auge zu ver­lie­ren.  

Wir bei Cool Tec Elec­tro­nic set­zen in der Ent­wick­lung und Opti­mie­rung von Kühl­kör­pern für die Leis­tungs­elek­tro­nik auf moder­ne CAE-Metho­den. Kom­ple­xe Ther­mo­si­mu­la­tio­nen als ite­ra­ti­ver und vir­tu­el­ler Ent­wick­lungs­pro­zess mit­hil­fe von moderns­ter Soft­ware sind nicht nur nach­hal­tig, son­dern spa­ren viel Zeit und Kos­ten. Der Ent­wick­lungs­zy­klus kann ver­kürzt wer­den, die Her­stel­lung von meh­re­ren Pro­to­ty­pen kann meist auf weni­ge her­un­ter­ge­bro­chen wer­den, wodurch schnel­ler in die Seri­en­fer­ti­gung über­ge­gan­gen wer­den kann.  

Bei den berück­sich­tig­ten Her­stel­lungs­ver­fah­ren fin­den wir den pas­sen­den Kom­pro­miss zwi­schen Per­for­mance, Wirt­schaft­lich­keit und Nach­hal­tig­keit. Nur so kön­nen wir die Anfor­de­run­gen der heu­ti­gen Zeit berück­sich­ti­gen. Die Ziel­set­zung muss sein, eine funk­tio­nie­ren­de Kühl­lö­sung für den gesam­ten Pro­dukt­le­bens­zy­klus zu desi­gnen und zu fer­ti­gen.  

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