Elektronische Bauteile benötigen für eine Verfügbarkeit über Lebensdauer die optimale Kühlung. In vielen Anwendungen der Leistungselektronik ist das Thema Ausfallsicherheit ein entscheidender Faktor. Eine Schlüsselkomponente sind dafür optimal auf den Anwendungsfall entwickelte Kühlkörper.
In diesem Blogartikel setzen wir uns genauer mit diesem Thema auseinander.
Ein zuverlässiger Betrieb ist der Schlüssel für den Erfolg einer Anlage. Das ist insbesondere in Anwendungsfällen wichtig, wo der Zugang in der Wartung von Leistungselektronik schwierig ist.
Denn sie kann im Extremfall explodieren. Dies führt dazu, dass die dazugehörige Anwendung abgeschaltet werden muss. Zudem werden auch Bauteile im Umfeld der Leistungselektronik beschädigt.
Dieser Ausfall bedeutet, dass eine Anlage nicht profitabel betrieben werden kann. Während der Ausfallzeit kommt es zu entgangenem Gewinn und je nach Anwendung zu Vertragsstrafen aufgrund von Nichtverfügbarkeit. Zudem werden aber auch aufwendige und kostspielige Reparaturen notwendig.
Was das alles in der Praxis bedeutet, werden Sie weiter unten anhand des Beispiels der Offshore-Windkraftanlagen sehen.
Doch wie kann man diese Explosionen verhindern und Ausfallsicherheit gewährleisten? Die Antwort ist: durch eine optimale Kühlung der Leistungselektronik mit Kühlkörpern.
Bei unerwarteten Störfällen kann es zu plötzlichen Überlastungen und hohen Temperaturen kommen. Das kann bei einem Defekt in einem der elektronischen Bauteile vorkommen. Ein hochwertiger Kühlkörper sollte in der Lage sein, diese Wärme effektiv abzuleiten. Auf diese Weise hält er die Temperatur in einem sicheren Bereich.
Dieser muss auf die Leistungselektronik abgestimmt sein. Nur dann kann er die Wärme optimal ableiten und den sicheren Betrieb der Elektronik über Lebensdauer gewährleisten.
Doch wie leiten sie Wärme von elektronischen Bauteilen ab? Das geschieht durch ein optimales Flowfield. Um das zu gewährleisten, bedarf es der Kenntnis über das thermische Verhalten der Elektronik im Betrieb. Davon abgeleitet wird das Flowfield (Kühlstruktur) entsprechend ausgelegt.
Zuallererst bedarf es ausreichender Kenntnis über die Leistungselektronik:
Allgemein kann man aber sagen, dass vakuumgelötete Kühlkörper (auch Cold Plates genannt) besonders geeignet sind. Dabei handelt es sich um einen Flüssigkeitskühlkörper, auf dem die Komponenten der Leistungselektronik montiert sind. Durch die großflächige Anbindung sorgen sie für optimale Ausfallsicherheit.
Ein Beispiel für die Bedeutung der Explosions- und Ausfallsicherheit sind Offshore-Windkraftanlagen in der Nordsee.
Hier wird elektrische Energie als Wechselstrom erzeugt. Sie wird von den Umrichtern in den Konverterstationen einer HGÜ in Gleichstrom umgewandelt. Anschließend wird sie über lange Strecken nach Süd-Deutschland transportiert.
In den Windkraftanlagen und den Konverterstationen der HGÜ werden die Umrichter durch vakuumgelötete Kühlmodule gekühlt. Diese stellen sicher, dass die elektronischen Bauteile in den Umrichtern und anderen Anlagen auf optimaler Temperatur gehalten werden.
Ausfallsicherheit ist hier besonders wichtig. Denn im Falle einer Offshore-Windkraftanlage ist eine Reparatur sehr kostspielig. So eine Anlage kann nämlich nur bei gutem Wetter mit einem Hubschrauber erreicht werden
Ein Ausfall kann erhebliche finanzielle Verluste und Reparaturkosten verursachen. Das trifft insbesondere auf schwer zugängliche Anwendungen in der Leistungselektronik zu.
Offshore-Windkraftanlagen in der Nordsee sind ein Beispiel für die kritische Bedeutung. Denn aufgrund der Zugänglichkeit sind Reparaturen kostspielig.
Um Ausfallsicherheit zu gewährleisten, sind gut angepasste Kühlkörper entscheidend. Sie leiten Wärme effektiv ab, halten die Temperatur stabil und verhindern so Ausfälle. Vakuumgelötete Cold Plates sind dabei besonders zuverlässig.
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