Jedes Grad zählt: Schukat hilft Ihnen das passende Kühllösung zu finden.

Dank höherer Wirkungsgrade wurden die Bauformen von Stromversorgungen immer weiter reduziert. Gleichzeitig stellen die Stromversorgungen einen immer höheren Funktionsumfang zur Verfügung. Da die Betriebserwartung der verbauten Komponenten, insbesondere der Elektrolytkondensatoren, stark temperaturabhängig ist, sollten die Betriebstemperaturen möglichst unterhalb der erlaubten Maximaltemperaturen herabgesetzt werden. Ein gutes thermisches Design sowie eine geeignete und effektive Wärmeabfuhr sind also entscheidend für den zuverlässigen Betrieb.

Grundsätzlich lassen sich Stromversorgungen auf unterschiedliche Weise kühlen. Dazu zählen entweder die reine Konvektionskühlung oder die forcierte Kühlung über Lüfter oder Kontakt- bzw. Wasserkühlung. Je nach Verfahren ist gegebenenfalls eine vom Hersteller vorgegebene Einbaulage zu beachten. Passiert dies nicht, kann das trotz scheinbar ausreichender Umgebungstemperaturen zu einer unzureichenden Wärmeabfuhr und damit zu einem Wärmestau im Gerät führen.

Eine aktive Kühlung einer Stromversorgung über einen integrierten Lüfter ist auf den ersten Blick die einfachste Variante. Der Lüfter ist seitens der Hersteller ausreichend dimensioniert und entsprechend positioniert. Aber auch hier sind zwei wichtige Punkte zu beachten: zum einen die maximal zulässige Umgebungstemperatur und zum anderen eine ungehinderte Luftzirkulation durch die freien Lüftungsöffnungen. In Anwendungen, bei denen mit starker Verschmutzung zu rechnen ist, muss bei einer Verwendung von Lüftern zur Kühlung unbedingt auf eine Filterung geachtet, und die Filter gegebenenfalls regelmäßig gewechselt oder gereinigt werden.

• Geräuschentwicklung durch Drehbewegung und Strömungsgeräusche.

• Ablagerungen an den Lüftungsöffnungen / Gittern / Filtern: Luftstrom ist ggfs. nicht mehr ausreichend für die Kühlung, was zum Ansprechen der Temperaturüberwachung oder zum Hitzetod des Geräts führen kann.

• Starke Verschmutzung kann zur Blockierung des Lüfters und somit zur Abschaltung der Stromversorgung führen.

• Staub und Feuchtigkeit im Inneren des Netzteils: In diesem Fall werden Luft und Kriechstrecken nicht ausreichend eingehalten, wodurch die Spannungsfestigkeit sinkt und Funkenbildung bzw. eine Schädigung des Produkts möglich sind.

Wird eine Stromversorgung bzw. die gesamte Anwendung von einem Gehäuse umgeben, kann durch die Abwärme der Geräte die Temperatur im Gehäuse über die zulässige Betriebstemperatur steigen. Dann muss entweder eine Leistungsreduzierung laut Datenblatt berücksichtigt oder für eine Kühlung, beispielsweise durch einen Lüfter, gesorgt werden.
Der bei einer ''Zwangsbelüftung'' benötige Volumenstrom lässt sich theoretisch aus der gesamten in Wärme umgewandelten Energie innerhalb des Gehäuses sowie dem maximal zulässigen Temperaturanstieg annäherungsweise herleiten. In der Praxis ist es jedoch nicht so einfach, einen geeigneten Lüfter zu bestimmen. Denn je nach Packungsdichte und Platzierung der Bauteile im Gehäuse, Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms, Größe der Ansaug-/Abluftöffnungen und dessen Lage sowie eingesetzter Filter, muss der Lüfter einen bestimmten Systemwiderstand überwinden, welcher nicht immer einfach zu ermitteln ist. Ausgehend von hergeleiteten Werten lässt sich empirisch durch Messen des Luftstroms oder der tatsächlichen Temperaturen an den kritischen Systemkomponenten der tatsächlich geeignete Lüfter bzw. Luftstrom bestimmen. Je nach Komplexität der Anwendung macht zudem eine thermische Simulation Sinn, um den passenden Lüfter und dessen bestmögliche Positionierung genau beurteilen zu können.

Industrie-Schaltnetzteile in offener Bauform, also ohne Gehäuse (sogenannte Open Frame Netzteile) werden oftmals entweder bei reiner Konvektionskühlung mit reduzierter Leistung oder aktiv gekühlt mit Nennleistung betrieben. Beim (Bild 2) EPP-500-24, einem 24 Volt Open Frame Netzteil des Herstellers MEAN WELL mit 5x3 Zoll Grundfläche, ist im Datenblatt eine konvektionsgekühlte Maximalleistung von 320 Watt angegeben. Will man dem Netzteil bis zu 500 Watt Leistung entnehmen, ist eine aktive Kühlung notwendig. Zu beachten sind dann die Montageposition, die maximal zulässige Umgebungstemperatur sowie die Dimensionierung und Positionierung des Lüfters. Bei einer vom Datenblatt abweichenden Einbaulage oder Lüfterpositionierung, sind die maximalen Temperaturen an den kritischen Einzelkomponenten des Netzteils zu berücksichtigen. Die entsprechenden Daten finden sich in den technischen Dokumentationen der Hersteller.

Die Kontaktkühlung ist eine elegante Lösung, um eine aktive Kühlung durch Lüfter zu vermeiden. Ein Großteil der entstehenden Abwärme wird hier über eine thermisch optimierte Grundplatte, der Baseplate, geleitet. Die Stromversorgung bzw. deren Baseplate wird thermisch z. B. an eine metallische Gehäusewand zur Entwärmung gekoppelt.

Die Kontaktkühlung kann einen großen Teil der Wärme ableiten, jedoch trägt oftmals auch die Luftkonvektion einen Teil dazu bei. Ein Referenzmesspunkt (T_case) am Gehäuse des Netzteils zeigt die Maximaltemperatur auf, die im Betrieb der jeweiligen Anwendung nicht überschritten werden darf. Durch den Einsatz derartiger kontaktgekühlter Netzteile werden Lüftungsöffnungen teilweise überflüssig. Somit lassen sich mögliche Ausfälle durch eventuelle Verschmutzungen, aber auch die Geräuschentwicklung durch einen Lüfter vermeiden.
Bei der (Bild 3) UHP-Serie von MEAN WELL wird die Abwärme im Gerät über einen Teilverguss mit einer wärmeleitfähigen Vergussmasse bestmöglich verteilt und unter voller Ausnutzung der Fläche auf die Grundplatte geleitet. Diese Serie kann zudem rein konvektionsgekühlt mit Leistungsreduzierung oder über einen externen Lüfter entwärmt werden.

Schukat electronic bietet Stromversorgungen von MEAN WELL und anderen Herstellern an. Rund 6.000 verschiedene Typen an Netzteilen und DC/DC Wandlern bevorratet Schukat in produktionsgerechten Mengen in seinem automatisierten Zentrallager in Monheim am Rhein.

Als Distributor leisten wir zudem schnelle und kompetente Unterstützung in Form von direkten Ansprechpartnern und haben ein kompetentes Außendienstteam für die Problemlösung vor Ort. Kunden profitieren von einer raschen Bearbeitung der Anfragen, der Bereitstellung von Datenblättern und Mustern sowie von unterschiedlichen Liefermengen vom Muster bis zur Serienfertigung.

Bei der Auswahl passender Stromversorgungsprodukte und bei kundenspezifischen Fragen rund um das Thema Wärmemanagement berät Sie unser technisches Vertriebsteam.