Temperaturmanagment durch Thermoelektrik

Funktionsweise und Anwendungsfälle

Die fortschreitende Entwicklung und mit ihr die Miniaturisierung im Bereich der Elektronik führt zum Bedarf an kleinen und flexiblen Lösungen bezüglich der Kühlung der Elektronik und ihrer Umgebung. Die Technologie der Thermoelektrik, die auch als Peltiertechnologie bezeichnet wird, hält diebzüglich wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlicher Kühllösungen bereit.

Bei der Peltiertechnologie wird der Effekt verwendet, der sich durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an unterschiedlich dotierten Halbleitern ergibt. Es wird Wärme transportiert. Auf diesen Effekt ist die Entwicklung von Peltierlementen zurückzuführen.

Peltierelemente werden heutzutage zur Kühlung von Laserdioden im großen Umfang eingesetzt. Auch in der Dermatologie werden thermoelektrische Module bei der medizinischen Behandlung von Tatoos oder beim Entfernen von Haaren verwendet, um die gereizte Haut zu kühlen. Bei der sogenannten Warm-Kalt-Therapie werden Peltierelemente eingesetzt, um mit Hilfe von Manschetten am Körper Fettzellen zu zerstören. Eine Vielzahl weiterer Anwendungsfelder gibt es bereits.

Das Unternehmen uwe electronic hat auf Basis der Peltiertechnik Geräte entwickelt, die auf rein elektronischem Weg kühlen oder heizen können. Die thermoelektrischen Kühlgeräte werden dabei in zwei Varianten eingeordnet: In Oberflächenkühlgeräte (auch Surface-to-Air) sowie Luft-zu-Luft Kühlgeräte (auch Air-to-Air).

Die Kühlgeräte zur Temperierung von Oberflächen setzen sich auf der einen Seite aus einer metallenen Platte und auf der anderen Seite aus einer Kombination von Kühlkörper und Lüfter zusammen. Den Transport der Wärme verursachen die Peltierelemente, die dazwischen angeordnet sind. So lassen sich kalte Platten von bis zu -20°C erreichen. Ändert man die Polarisierung der Peltiermodule, so kann das Gerät auch Heizen. Je nach Leistung des Aggregates können 100°C und mehr erreicht werden.Das Sortiment an Kühl- und Heizgeräten bietet aktive Kühlflächen von 75 x 30 mm bis zu 240 x 145 mm. Individuelle Plattengrößen können an den außen positionierten Montagebohrungen adaptiert werden.

Weitere typische Anwendungen sind beispielsweise die thermische Prüfung von LED-Platinen in Testvorrichtungen oder die Temperierung von kleinen Prüflingen. Das Temperaturmanagement von Flüssigkeiten ist durch die Montagemöglichkeit von Flüssigkeitskühlkörpern ebenso umsetzbar.

Die zweite Variante der Aggregate sind die Luft-Luft-Wärmetauscher bzw. Air-to-Air Kühlgeräte. Diese Geräte haben statt einer Kühlplatte auch auf der kalten Seite einen Kühlkörper-Lüfteraufbau. Auf diese Weise können kleine Gehäuse temperiert werden. Hier zeigen sich neben individuellen Versuchsaufbauten insbesondere Steuergeräte und kleine Schaltschränke als häufige Anwendungsfälle. Ihr kompakter Aufbau sowie die unabhängige und einfache Montagemöglichkeit erweisen sich als vorteilhaft. Die Kühlleistung der Geräte beträgt bis zu 200W. Die Skalierbarkeit ist durch die Verwendung weiterer Geräte gegeben.

Die häufig notwendige Reglung eines Kühlgerätes kann den jeweiligen Anforderungen entsprechend gestaltet werden. Für stabile und genaue Anforderungen an das Temperaturmanagement werden häufig sogenannte PID-Regler verwendet. Durch das Pulsen der Versorgungsspannung ist die Kühlleistung sehr genau einzustellen. Die Zwei-Punkt-Regelung stellt sich als einfache Regelungsart preislich günstiger dar. Hier bietet uwe electronic einen speziell für Peltiertechnologie ausgerichteten Temperaurregler, den sogenannten MOST-Regler an. Um die hohen elektrischen Ströme im Niederspannungsbereich mit hoher Lebensdauer zu schalten, werden Power-MOSFETs verwendet. Der Regler kann zudem die Polarität umkehren, wodurch aus dem Kühl- ein Heizgerät werden kann.

Für die Temperatursteuerung im Schaltschrank werden des Weiteren integrierbare kleine Regler auf Platinenbasis angeboten. Der Einbau in das Kühlgerät spart Raum und Kosten. Ein DIP-Schalter löst die Editierbarkeit der Temperaturschwellwerte sowie der Hysterese.

Weitere detaillierte Informationen finden Sie auch unter: http://www.uweelectronic.de/de/temperaturmanagement-2/peltier-kuehlgeraete-heizgeraete.html
Die uwe electronic GmbH ist ein international tätiges Systemhaus mit Sitz in Unterhaching bei München. Unsere Kunden reichen vom mittelständischen Betrieb bis hin zu High-Tech-Konzernen in Deutschland und Zentraleuropa. Unsere Produktpalette umfasst Produkte und Lösungen aus den Bereichen Prüftechnik für Elektronik, Temperaturmanagement, Automatisierung und Elektronische Bauelemente. Unsere Kernkompetenz liegt in den Bereichen Federkontakte für das Prüfen von bestückten Leiterplatten, Steckverbinder mit gefederten Kontaktstiften und Temperaturmanagement.
uwe electronic GmbH
Dominik Gehlen
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