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5 wissenswerte Fakten zu Conduction Cooling (CCA)

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Überall dort, wo elektrische Energie erzeugt wird, gibt es auch eine Verlustleistung, die die Komponenten erwärmt. Diese Wärme muss abgeführt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden. Bei Halbleitern gibt es eine maximale Oberflächentemperatur, oberhalb derer der Halbleiter nicht mehr arbeitet. Die richtige Methode, überschüssige Wärme abzuführen, hängt stark von den mechanischen und Umgebungsbedingungen sowie dem Einsatzbereich ab.
Konduktionskühlung, also Conduction Cooling, ist eine Möglichkeit, die Wärme lüfterlos zu transportieren, wobei der dazu verwendete Metallrahmen die Lösung noch robuster macht.

Published in: Technology
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5 wissenswerte Fakten zu Conduction Cooling (CCA)

  1. 1. Textmasterformat bearbeiten ▪ Second Level ▪ Third Level ▪ Fourth Level Fifth Level June 28, 2018 5 wissenswerte Fakten zu Conduction Cooling (CCA)
  2. 2. 2 Verlustleistung für raue Umgebungen Überall dort, wo elektrische Energie erzeugt wird, gibt es auch eine Verlustleistung, die die Komponenten erwärmt. Diese Wärme muss abgeführt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden. Bei Halbleitern gibt es eine maximale Oberflächentemperatur, oberhalb derer der Halbleiter nicht mehr arbeitet. Die richtige Methode, überschüssige Wärme abzuführen, hängt stark von den mechanischen und Umgebungsbedingungen sowie dem Einsatzbereich ab. Konduktionskühlung, also Conduction Cooling, ist eine Möglichkeit, die Wärme lüfterlos zu transportieren, wobei der dazu verwendete Metallrahmen die Lösung noch robuster macht. 1: Was ist der Unterschied zwischen Conduction Cooling und Konvektionskühlung? 2: Was sind die Vorteile der Konvektionskühlung gegenüber Conduction Cooling? 3: Gibt es bereits COTS-Komponenten, die Conduction Cooling verwenden? 4: Was sind, neben dem lüfterlosen Betrieb, weitere Argumente für Conduction Cooling? 5: Welcher Temperaturbereich kann mit Conduction Cooling erreicht werden?
  3. 3. Was ist der Unterschied zwischen Conduction Cooling und Konvektionskühlung? ▪ Konvektionskühlung ist die einfachste Methode zur Kühlung von Baugruppen. Dazu wird ein Luftstrom entlang der zu kühlenden Oberfläche geführt. Forcierte Luftkonvektionskühlung nutzt Ventilatoren, um Luft zu den elektronischen Bauteilen mit oder ohne Kühlkörper zu blasen und zu leiten. ▪ Conduction Cooling optimiert den thermischen Kontakt, um die Wärme von der Quelle zur Außenwand des Gehäuses zu leiten. Das macht das Gehäuse selbst zum Wärmeradiator.
  4. 4. Was sind die Vorteile der Konvektionskühlung gegenüber Conduction Cooling? Konvektionskühlung: ▪ ist die effektivste Kühlmethode und kann kostengünstig und einfach realisiert werden. Der mechanische Aufbau ist einfach, je nach Anwendung können einige Faktoren gravierende Nachteile sein. Bei strömender Luft können Verunreinigungen und Flüssigkeiten in das Gerät gelangen und Schäden verursachen. Komplexe Filteranlagen können dieses Risiko reduzieren, was dann aber eine Wartung während des Lebenszyklus des Gerätes notwendig macht. Kühlventilatoren haben ebenfalls eine begrenzte Lebensdauer und ihr Ausfall kann zu einem Totalausfall einiger elektronischer Komponenten führen. Designs mit Conduction Cooling: ▪ bieten mehr Flexibilität als Konvektion, insbesondere bei extremen Bedingungen. Die Leitungskühlung erfordert jedoch eine sorgfältige Umsetzung. Es müssen geeignete Maßnahmen getroffen werden, um den Wärmeübergang zwischen dem zu kühlenden elektronischen Bauteil und der Gehäusewand zu maximieren. Dies wird zum einen durch die richtigen Materialien sichergestellt. Andererseits müssen die Platinen im Inneren des Gehäuses richtig platziert werden und die wärmeleitenden Kühlblöcke müssen entsprechend groß sein, dass ein optimaler Wärmetransport gewährleistet ist.
  5. 5. lhhGibt es bereits COTS-Komponenten, die Conduction Cooling verwenden? Ja, natürlich. Der Standard IEEE 1101.2-1992 beschreibt die Spezifikationen für Europakarten-basierte Leiterplatten - also alle VMEbus- und CompactPCI- Karten. Für alle cPCI- und cPCI-Serial-Karten bietet MEN auch Conduction-Cooling-Frames bis hin zu kompletten COTS-Systemen mit Conduction Cooling an. Es sind auch einige VITA-Standards für PMC-Karten und andere Steckmodule definiert. Darüber hinaus treibt MEN einen neuen Standard voran, der PICMG- und VITA-Technologien für robuste COM-Module kombiniert: Rugged COM Express (RCE) oder VITA 59. Diese Norm definiert eine leicht angepasste Leiterplatte um sie in einen massiven Kühlrahmen zu betten.
  6. 6. Was sind, neben dem lüfterlosen Betrieb, weitere Argumente für Conduction Cooling? Um einen Computer wirklich robust zu machen, braucht er ein robustes Gehäuse, das extremen klimatischen Bedingungen standhält. Mit dem massiven Metallblock, der für die Leitungskühlung benötigt wird, kommen noch weitere Vorteile hinzu, die die Elektronik im Inneren schützen. Dazu gehört durch das abgedichteten Gehäuse der Schutz vor Staub, Chemikalien oder Feuchtigkeit und Widerstandfähigkeit gegen Schock- und Vibrationen, da der Metallblock fest mit der Trägerkarte oder dem Systemgehäuse verschraubt wird. Rugged-COM-Express-Module sind dank der Aluminiumabdeckung oben und an allen vier Seiten sowie der unteren Abdeckung der Trägerplatine sogar 100% EMV-sicher.
  7. 7. Welcher Temperaturbereich kann mit Conduction Cooling erreicht werden? Abhängig von der Verlustleistung und den verwendeten Komponenten liegt der typische Temperaturbereich von MEN-Produkten mit Conduction Cooling bei -40 bis +85°C. Das eignet sich auch hervorragend für Bahnanwendungen, die einen Temperaturbereich von -40 bis +70°C für das Gerät und für 10 Minuten bis +85°C nach EN 50155 erfordern. Bei der robusten COM-Modul- Familie Rugged COM Express können je nach Prozessor durchschnittlich 5°C zusätzlich abgeführt werden. Bei MEN können alle Produkte in unserem hauseigenen Prüflabor für den erweiterten Temperaturbereich getestet und qualifiziert werden. ➢ Verschaffen Sie sich einen Überblick über die Kompetenzen auf unserer Website ➢ Video: COM Express und ein RCE- Modul im Streitgespräch
  8. 8. www.men-deutschland.de/kompetenzen/robuste-computer/

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