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.

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June 28, 2018
5 wissenswerte Fakten zu Conduction Cooling (CCA)

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. 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. 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. 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. 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. 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. www.men-deutschland.de/kompetenzen/robuste-computer/