Lytron - Total Thermal Solutions
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FALLSTUDIE: Ein Kühler für Tests von Bordelektroniksystemen

Abbildung 1: Kampfjet F35 Lightning II

Ein Zulieferer des US-Militärs hatte die Auflage, ein Bordelektroniksystem für den vielseitigen Kampfjet F-35 Lightning II der nächsten Generation zu testen, den Nachfolger des Joint Strike Fighter. (Siehe Abbildung 1.) Die Bordelektronik des Kampfjets wurde mit Flüssigkeit gekühlt und die Techniker des Zulieferers sollten die Bedingungen beim Flug simulieren. Der Zulieferer wandte sich an Lytron und bestellte einen kompressorbasierten Rückkühler, der eine präzise Temperaturkontrolle und die Kühlung unterhalb der Umgebungstemperatur ermöglicht. Eine der entscheidenden Anforderungen war, dass die Kühltechnologie mit Polyalphaolefin (PAO) verträglich sein sollte, einer synthetischen Wärmeübertragungsflüssigkeit aus Kohlenwasserstoffen. PAO wird wegen seiner dielektrischen Eigenschaften, seines großen Betriebstemperaturbereichs, seiner guten Korrosionsbeständigkeit, geringen Toxizität und hydrolytischen Stabilität oft bevorzugt bei militärischen Anwendungen für die Flüssigkeitskühlung eingesetzt.

Die Herausforderung

Die Verwendung von PAO bietet einige offensichtliche Vorteile. Allerdings kann die Kühlung mit PAO schwieriger sein als die Kühlung mit Wasser oder Ethylenglykol-Wasser-Gemisch (EGW). Die feuchten Materialien der Pumpe, von Anschlussstücken, Schläuchen und Ölfiltern müssen mit PAO verträglich sein. Aufgrund seiner chemikalischen Eigenschaften neigt PAO leichter als Wasser oder EGW zum Auslaufen an Pumpendichtungen, Schlauchverbindungen und Anschlussstücken. Aufgrund seiner dielektrischen Eigenschaften kann PAO zudem eine übermäßige statische Ladung aufbauen. Diese kann die sensible Bordelektronik beschädigen und stellt damit ein weiteres Problem dar.

Die Lösung

Entsprechend den Anforderungen der Techniker entwickelte und fertigte Lytron einen Kühler, der mit PAO verträglich ist. Der Kühler wurde mit einer 0,5-PS-Zentrifugalpumpe, Parker Push-Lok®-Schläuchen, Messinganschlüssen, einem Durchflussschalter aus Messing, einem 5-Mikrometer-Filter, einem Anti-Siphon-System und einem internen Isolierpaket ausgestattet. Die mechanischen Dichtungen an der 0,5-PS-Zentrifugalpumpe und die Druckringverbindungen aus Messing an den Parker Push-Lok®-Schläuchen sorgten für die feste Abdichtung, die bei PAO nötig ist. Der Durchflussschalter aus Messing gewährleistete die uneingeschränkte Verträglichkeit des Kühlers mit PAO. Schließlich wurde noch ein 5-Mikrometer-Filtergehäuse aus massivem Metall gewählt, um den Aufbau statischer Ladung zu verhindern.

Für den PAO-Kühler wurden zudem zwei weitere Optionen gewählt. Ein internes Isolierpaket war nötig, weil der Rückkühler zum Testen verwendet werden sollte. Das Isolierpaket wurde gewählt, um den Verlust von Wärmeenergie an die Umwelt auf ein Minimum zu beschränken. Zudem wurde das Anti-Siphon-System hinzugefügt. Dieses besteht aus Test- und Solenoidventilen, die jeweils an den Zuleitungen und Rückleitungen des Kühlers angebracht sind. Hierdurch ließ sich der Kühler unterhalb der Geräte installieren, die er kühlen sollte, und es konnten dadurch der Rückfluss und das darauf folgende Überlaufen des gefluteten Kühlerbehälters verhindert werden. Ohne Anti-Siphon-System kann Kühlmittel zurück in den Behälter fließen und überlaufen, wenn der Kühler ausgeschaltet wird und sich unterhalb der Testanlage befindet.

Zusätzlich zu seiner Verträglichkeit mit PAO erfüllte der Rückkühler auch noch andere Anforderungen. Der Kühler bietet eine hervorragende Temperaturstabilität, denn er kontrolliert die Temperatur der Kühlmittelzuleitung mit einer Genauigkeit von ± 0,1º C (bei konstanter Verlustleistung) und verfügt über eine RS232-Schnittstelle für Diagnosen, eine Fernstartfunktion, ein Außenströmungsventil und ein äußeres Überdruckventil.

Dadurch, dass der Rückkühler mit PAO verträglich ist, und aufgrund seiner zahlreichen weiteren besonderen Eigenschaften ist er eine praktische Thermolösung für die Kühlung militärischer Testelektronik.