Wärmemanagement

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Wärmemanagement
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Einsatzgebiete ✓ Vorteile ✓ Lösungen, Materialien, Technologien und Materialien zur effizienten Wärmeübertragung fürs das Wärmemanagement
Letzter Autor: induux Team, . Zum Verlinken: https://wiki.induux.de/W%C3%A4rmemanagement

Wärmemanagement beschreibt die Maßnahmen, Wärme in technischen Systemen zu transportieren, zu speichern und zu optimieren. Durch ein optimiertes Wärmemanagement und den Einsatz von Kühlkörpern werden elektronische Geräte geschützt und deren Leistungsfähigkeit kann erhöht werden.



Wärmemnagement mit Keramisches Leistungsmodul
Keramische Kühllösung in der E-Mobilität für ein innovatives Wärmemanagement. Quelle: CeramTec

Wärme als physikalische Größe

Wärme ist eine Energie, die aufgrund verschiedener Temperaturen übertragen wird. Dabei fließt sie vom höheren zum tieferen Temperaturniveau. Die physikalische Größe ist anders als Temperatur jedoch kein Zustand, sondern eine Zustandsänderung. Es lassen sich drei Arten von Wärmetransportvorgängen unterscheiden:

  1. Wärmeleitung
  2. Wärmestrahlung
  3. Konvektion

Im Bereich Elektronik ist Wärme meistens ein Abfallprodukt, da sie ohne Nutzen an die Umwelt abgeführt wird. Mit Hinblick auf Nachhaltigkeit und Umweltschutz wird zunehmend daran gearbeitet, Verlustwärme weiter- bzw. wiederzuverwenden.

Vorteile Wärmemanagement

Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung einfach erklärt - von m3 [Erklärung und mehr]

Elektronische Systeme werden immer leistungsfähiger und kleiner, wodurch die Herausforderung entsteht, die Verlustwärme kontrolliert an die Umgebung abzuleiten. Wird nicht genügend Wärme abgeführt, führen Übertemperaturen zu Leistungsverlust und Verschleiß. Um die Nutzungsdauer von Geräten zu erhöhen und somit Kosten zu sparen, ist ein optimiertes Wärmemanagement folglich von großer Bedeutung. Es gibt bereits vielfältige innovative Lösungen und Technologien, um Wärmepfade gezielt zu verbessern:

  • thermisch optimierte Leiterplatten
  • Lüfter- und Kühlkörper-Lösungen (Elektronikkühlung)
  • Wärmeleitpasten zur Optimierung der Wärmeübertragung zwischen zwei Gegenständen
  • effiziente Steuerungselektronik
  • Heatpipes: Wärmeübertragung über einen Verdampfungs- und Kondensationskreislauf
  • Einsatz von wärmeleitfähigen Materialien, um den thermischen Kontaktwiderstand zu verringern

Dadurch wird die Lebensdauer von Maschinen bzw. Produkten sowie deren Leistungsvermögen erhöht.

Einsatzgebiete

Wärmemanagement wird sowohl in der Heim- und Unterhaltungselektronik als auch im industriellen Kontext eingesetzt. Geräte des privaten Gebrauchs wie Smartphones, Smart-TVs und weiße Ware erbringen ihre Leistung meist unter einfacheren Umfeldbedingungen als in der Industrie. Gehäusematerialien und Schutz gegen Wasser, Schmutz o.ä. zählen zu den ausschlaggebenden Punkten, die auch im Kontext des Wärmemanagements berücksichtigt werden müssen. Siehe z. B. Wärmemanagement beim Raspberry PI mit Kühlkörpern.

Wärmemanagement: wichtig für LED-Anwendungen - Würth Elektronik Webinar

Die industriellen Anwendungsfelder der Wärmeübertragung sind vielfältig; bei vielen Prozessen besteht die Gefahr zur Überhitzung und Überlastung. So ist die Optimierung von Wärmeflüssen bspw. bei der Laserbearbeitung sowie beim Roboterschweißen ausschlaggebend. In der Elektronik spielt Wärmemanagement bei Datenzentren und Rechnersystemen eine große Rolle, da hier mit einer enormen Menge an Daten und leistungsstarken Systemen gearbeitet wird. Auch in Schaltschränken kommen sowohl Methoden zur Kühlung als auch Schaltschrankheizungen zum Einsatz, um die elektrischen Bauelemente im Inneren des Schranks zu schützen.

Aufgabenbereiche rund um Wärmeübertragung und deren Optimierung sind zum Beispiel das Entwickeln von Messverfahren, Analysemethoden und Temperaturmessung von elektronischen Bauteilen.

Wärmeüberwachung ist ein wichtiger Bereich in der Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) von Maschinen und Anlagen.

Lichttechnik

Um die Einsatzdauer von LED-Beleuchtung zu erhöhen, sind Kühlmethoden zur effizienten Kühlung der LED-Chips nötig. Ob Straßenbeleuchtung, Industriebeleuchtung oder Fahrzeug-Scheinwerfer - Entwärmung ist fester Bestandteil der Lichttechnik.

Automobilbranche

Insbesondere bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen kommen Kühlkörper und -flüssigkeiten zum Einsatz, um Lebensdauer und Wirkung der Batterien zu steigern.

Prewarming bei Operationen

Im medizinischen Umfeld ist das Vorwärmen von Patienten vor einer Operation ein wichtiges Thema. Prewarming-Maßnahmen vor der Anästhesie verhindern das Auskühlen der Patienten während der OP. Somit wird die sogenannte Hypothermie vorgebeugt, bei der die mittlere Körperkerntemperatur eines Menschen auf unter 36 Grad fällt. Auch intraoperativ, also während eines Eingriffs, können Maßnahmen getroffen werden, um den Wärmeverlust eines Patienten zu reduzieren (z. B. Raumtemperaturerhöhung oder Infusionswärmung).

Wärmeisolation

Ein spezielle Form des Wärmemanagements ist das Halten von Wärme - bezeichnet als Wärmeisolation, z. B.

  1. Warmhalten des menschlichen Körpers mit Textilien bei sportlichen Aktivitäten im Winter. Dies wird z. B. mit der Faser Primaloft erreicht.
  2. Wärmeisolation von Häusern, Fenstern und Rohrleitungen - damit Wärmeverlust verhindert wird bzw. Kälte nicht eindringt. Für eine hohe Energieeffizenz, also eine gute Energiebilanz.
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