Peltier-Kühlung
Moderne Leistungselektronik ist nicht nur sehr leistungsfähig, sie entwickelt auch eine teils immens hohe Abwärme - welche bei unzureichender Kühlung zur Instabilität, Ausfall oder gar der Zerstörung der zu kühlenden Komponente führen kann.
Ein Peltier-Element für die Kühlung von Wärmequellen
Zur Abführung einer hohen Abwärme (Verlustleistung) bietet sich daher der Einsatz einer leistungsfähigen Peltier-Kühlung (thermoelektrische Kühlung) an, welche neben kompakten Abmaßen auch mit einem präzisen und äußerst effektiven Wärmetransfer überzeugen kann.
Doch wie funktioniert eine solche Peltier-Kühlung?
Bei einer Peltier-Kühlung spricht man gemeinhin auch von einem Peltier-Element. Es ist im Sandwichverfahren aufgebaut und beinhaltet in der Regel folgende Komponenten:
- zwei Platten aus Keramiksubstrat (z.B. Aluminiumoxid-Keramik)
- meist quadratische Leiter aus Halbleitermaterial (n- und p-dotiert, immer paarweise)
- Metallbrücken zur abwechselnden Kontaktierung
Beim klassischen Peltier-Element wird eine Vielzahl der quadratischen Leiter zwischen den beiden isolierenden Keramik-Platten platziert, wobei die Metallbrücken die Leiter in Form einer Reihenschaltung miteinander verbinden.
Im Betrieb fließt nun der elektrische Strom nacheinander durch die Leiter innerhalb vom Peltier-Kühler, wobei die Metallbrücken als thermische Kontaktflächen agieren. In diesem Zuge wird zwischen den Leitern eine sehr hohe Temperaturdifferenz erzeugt, wodurch die Wärme quasi durch das Peltier-Element "gepumpt" wird.
Das Kühlsystem nimmt die Abwärme vom Peltier-Element auf und transport diese anschließend weiter. Im Falle einer hochwertigen Wasserkühlung kann durch den Einsatz leistungsfähiger Wärmetauscher somit schnell eine sehr hohe Verlustleistung an die Umgebungsluft abgeleitet werden.
Wie wird ein Peltier-Element optimal eingebettet?
Ein besonders wichtiger Punkt bei der Peltier-Kühlung ist die Kontaktierung zwischen dem Peltier-Element und der zu kühlenden Komponente sowie dem Wärmetauscher (Kühler). Oftmals wird hier viel Kühlleistung verschenkt, insofern ein unzureichendes Wärmeleitmittel eingesetzt wird. So wandert beim Einsatz einer klassischen Wärmeleitpaste die Trägersubstanz über Kapillareffekte sowie Abkühl- und Aufheizzyklen aus der Kontaktzone ab und zwischen dem Peltier-Element und dem Wärmetauscher bleibt lediglich der trockene Füllstoff übrig. Dies hat zur Folge, dass die Abwärme nicht mehr optimal abgeleitet und das Peltier-Element sowie die zu kühlende Komponente beschädigt werden können!
Auch können herkömmliche Wärmeleitmittel bei Einsatz innerhalb der Peltier-Kühlung nicht den "Bimetall-Effekt" ausgleichen, welcher durch die unterschiedlichen Temperaturbereiche bei einem Peltier-Element entsteht.
Daher ist es äußerst wichtig, dass das Peltier-Element nur mit einem dafür geeigneten Wärmeleitmittel verwendet wird. Speziell für die Peltier-Kühlung haben wir unser innovatek Peltier Kontaktgel entwickelt, welches mit und ohne Silberfüllung erhältlich ist. Das Peltier-Kontaktgel bietet eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und zudem auch eine wiederlösbare Anbindung.
Ein weiterer Vorteil ist seine hervorragende Konsistenz, welche den Auftrag des Kontaktgels im Siebdruck ermöglicht - optimal für die Serienfertigung.
Das innovatek Peltier Kontaktgel im Siebdruck aufgetragen