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14 DESIGN&ELEKTRONIK 11 2020 www designelektronik de Elektromechanik Wärmemanagement Bild 4 Falsches links und richtiges Klemmen rechts eines Peltier-Moduls kräfte in vielen Anwendungen vermeiden indem das Peltier-Modul zwischen dem zu kühlenden Objekt und dem Kühlkörper festgeklemmt wird Dadurch können die Klemmen alle Scheroder Zugbelastungen aufnehmen die das Objekt und der Kühlkörper erzeugen Auch wenn Peltier-Module große Druckbelastungen durch Klemmen tolerieren können sie mechanisch versagen wenn sie nicht ordnungsgemäß angebracht sind Denn durch ungleichmäßige Klemmkräfte können Drehmomente als auch Druckkräfte zwischen den Keramikplatten entstehen Bild 4a Daher sollten während des Spannens gleichmäßige Kräfte auf das TEC-Modul einwirken um ein Drehmoment und andere potenziell schädliche Belastungen zu minimieren Bild 4b Jedem Halbleiter-Pellet und jeder Keramikplatte eines Peltier-Moduls sind Wärmeausdehnungskoeffizienten Coefficient of Thermal Expansion CTE zugeordnet Während der Heizund Kühlzyklen kann es aufgrund einer Fehlanpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Keramik und Halbleiter in den Halbleiterpellets und Lötstellen zu Rissen kommen Darüber hinaus können der Betrieb bei extremen Temperaturen große Temperaturgradienten und hohe Temperaturanstiegsraten mechanische Spannungen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten verursachen Verunreinigungen von außen sind eine weitere Gefahr die die Zuverlässigkeit der Halbleiterpellets Lötstellen und Leitungswege eines Peltier-Moduls verringern Um dies zu vermeiden wird bei vielen Peltier-Modulen an den Außenkanten zwischen den beiden Keramikplatten eine Dichtungsmasse aufgetragen Dafür wird meist Silikonkautschuk und Epoxid verwendet Diese Materialien weisen jeweils ihre eigenen Vorund Nachteile auf Silikonkautschuk wird häufig aufgrund seiner mechanischen Nachgiebigkeit gewählt kann jedoch in extremen Umgebungen nur als Dampfsperre eingeschränkt wirken Auf der anderen Seite funktioniert Epoxidharz gut als Dampfsperre es fehlt jedoch die mechanische Nachgiebigkeit von Silikonkautschuk Welches Dichtungsmaterial ein Entwickler wählt hängt letztendlich von der Betriebsumgebung der Anwendung ab Bild 1 Grundlegender Aufbau eines Peltier-Moduls Bild 2 So wird ein Peltier-Modul an das zu kühlende Objekt angebunden Bild 3 An einem Peltier-Modul können Scheroder Zugkräfte wirken was dessen Zuverlässigkeit beeinträchtigt