Peltier-Kühlung
im industriellen Einsatz

Elektronik und Schaltschränke kühlen

Durch die Montagemöglichkeit von Flüssigkeitskühlkörpern ist eine Temperierung bzw. Kühlung von Flüssigkeiten möglich.

Im zu kühlenden Gehäuse wird die kleinere Seite zum Kühlen des Innenraums an einer Montageöffnung platziert. Die größere Kühlkörperseite gibt die übertragene Wärme an die Umgebung ab.

Auf jeder Seite des Peltier-Geräts befindet sich eine Kühlkörper-Lüfterkombination, um den Wärmetransport mit der jeweiligen Umgebungsluft zu gewährleisten.

Sofern die Anwendung eine direkte Kühlung des Mediums erfordert, besteht auch die Möglichkeit die Peltier-Kühlgeräte direkt auf das zu kühlende Medium zu montieren.

Für höhere Leistungsanforderungen werden vier bis acht Peltierelemente kombiniert und mit jeweils einer starken Kühlkörper/Lüfterkombination ausgestattet. So kann eine Kühlleistung von bis zu 200 W erzeugt werden.

Bei der Peltiertechnologie wird der Effekt ausgenutzt, dass man durch Anlegen einer elektrischen Spannung an unterschiedlich dotierten Halbleitern einen Wärmetransport erzwingen kann.

Die zunehmende Entwicklung und Miniaturisierung der Leistungselektronik erfordert kleine und flexible Lösungen zur Kühlung der Elektronik. Die Peltiertechnologie bietet dabei die Möglichkeit die Elektronik direkt oder im modularen Aufbau auch ganze Schaltschränke zu kühlen.

Die Klimatisierung von elektronischen Komponenten ist für die Lebensdauer der Elektronik sehr bedeutsam. Der Ausfall eines einzelnen Bauteils kann zum Stillstand einer ganzen Anlage führen. Für den folgenden Serviceeinsatz bzw. Produktionsausfall entstehen dem Anwender dann hohe und vermeidbare Kosten.

Um dieser Problematik zu begegnen, gibt es verschiedene Konzepte für die Kühlung. Für große Schaltschränke mit sehr leistungsintensiven Komponenten über 1 kW wird in der Regel die Kühlung über eine Kompressoranlage gelöst. Aufgrund des großen Aufbaus der Kompressorlösung sind diese Geräte allerdings nur bei Schaltschränken einsetzbar, bei denen auch genügend Platz vorhanden ist. Durch die fortschreitende Miniaturisierung der Elektronik, Baugruppen sowie der Aufbauten steigt aber gleichzeitig auch der Bedarf für kleine und flexible Kühllösungen.

Genau an diesem Punkt greift nun ein anderes Konzept zur Kühlung von Elektronik:

die Kühlung mittels Peltiertechnik. Bei der Peltiertechnologie wird der Effekt ausgenutzt, dass man durch Anlegen einer elektrischen Spannung an unterschiedlich dotierten Halbleitern einen Wärmetransport erzwingen kann. Dieser Effekt hat zu der Entwicklung von Peltierlementen geführt, die heutzutage zur Kühlung von Laserdioden und CCD-Chips im großen Umfang eingesetzt werden. Das Peltierelement ist so aufgebaut, dass zwischen zwei Keramiksubstraten im Inneren eine Vielzahl von Halbleiterelementen für einen aktiven Wärmetransport sorgt. Durch Umpolung des Peltierelements kann die Richtung des Wärmetransports verändert werden, wodurch sowohl eine Kühl- als auch eine Heizmöglichkeit entsteht.

Vorteile der Peltiertechnik

Die uwe electronic GmbH hat mit Hilfe der Peltiertechnik Geräte entwickelt, die eine Kühlung von kleinen Schaltschränken über einen rein elektronischen Weg ermöglichen (www.uweelectronic.de). Durch diese Technologie ergeben sich für den Anwender nun viele Vorteile gegenüber der herkömmlichen Kühltechnologie.

Durch den Verzicht auf ein Kühlmittel können die Geräte beispielsweise in jeder beliebigen Lage und Position verbaut werden. Darüber hinaus ist die elektronische Lösung wartungsunabhängig und umweltfreundlich. Ein weiterer technologischer Vorteil ist der erweiterte Temperaturbereich für den Einsatz, der zwischen -20 °C und 80 °C liegt. Hinzu kommt, dass die Geräte unempfindlich gegen Vibrationen und Erschütterungen und außerdem wesentlich leiser sind. Die Peltiertechnik erlaubt ferner die Konstruktion von sehr kompakten und leichten Geräten. Daher stehen dem Interessenten auch Thermolösungen für den Gerätebau und Laboranwendungen zur Verfügung.

Verschiedene Geräteteypen

Um den Anforderungen bedarfsgerecht der Größe und Leistung zu entsprechen, bietet die uwe electronic ein sehr breites Spektrum von Geräten an. Für Laboranwendungen und Kühlung von kleinen Steuerungssystemen kommen beispielsweise schmale Kühlgeräte mit zwei bis drei Peltierelementen zum Einsatz.

Auf jeder Seite des Geräts befindet sich eine Kühlkörper-Lüfterkombination, um den Wärmetransport mit der jeweiligen Umgebungsluft auszutauschen. Im zu kühlenden Medium wird die kleinere Seite zum Kühlen des Innenraums an einer Montageöffnung des Gehäuses platziert. Im Zwischenbereich des Geräts verhindert ein Isolationsmaterial einen Austausch der Luft nach Außen.

Für Anwendungen mit höheren Leistungsanforderungen (z.B. im Schaltschrank) werden vier bis acht Peltierelemente in einem Feld kombiniert und mit jeweils einer starken Kühlkörper/Lüfterkombination ausgestattet. Auf einer Fläche von 20 x 30 cm kann so eine Kühlleistung von bis zu 200 W erzeugt werden. Die Geräte können sowohl mit Anschluss im Außenbereich als auch für den Innenbereich konfiguriert werden.

Sofern die Anwendung eine direkte Kühlung des Mediums erfordert (z.B. Kühlung von Flüssigkeitsbehältern oder LED) besteht auch die Möglichkeit, die Peltier-Kühlgeräte direkt auf das zu kühlende Medium zu montieren (Surface-to-Air). Eine Adapterplatte sorgt für einen großflächigen Übertrag der thermischen Energie. Diese Geräte werden auch als Oberflächenkühlgeräte bezeichnet. Das Anwendungsgebiet der „Surface-to-Air“-Geräte hat sich in letzter Zeit verändert.

Oft werden sie auch als Kalibrierstation bzw. zur Qualifizierung von optischen Bauelementen im Prüffeld verwendet. LED oder auch OLED ändern ihre Farbtemperatur (weißes Licht) bei unterschiedlichen Temperaturbedingungen. Leiterplatten mit entsprechenden LED können mit Hilfe der temperierbaren Platte bei bestimmten Temperaturen überprüft werden.