Grenzen von Kühlsystemen überwinden
Der Miniatursensor wurde im Rahmen des EU-finanzierten Projekts CORA (Sensor for convective and radiative heat loss) konzipiert, um die Wärmeübertragung aufgrund von Konvektion und Strahlung separat zu erfassen. In der rauen Umgebung von Luftfahrtelektronik, wo elektronische und mechanische Ausrüstung gekühlt werden muss, ist das von besonderem Interesse. Insbesondere besteht bei elektronischen Komponenten eine Abhängigkeit vom Durchgang des elektrischen Stroms, um deren Aufgaben zu erfüllen, und diese erwärmen sich dann übermäßig, da der Stromfluss durch einen Widerstand von Wärmeerzeugung begleitet wird. Eine Miniaturisierung dieser Systeme resultierte in einem dramatischen Anstieg an pro Volumeneinheit erzeugter Wärme. Hauptmerkmal des neuen Sensors, der auf der Oberfläche derartiger Bauteile installiert wird, sind dessen extrem kleine Abmessungen. Die Flexibilität seiner geometrischen Konstruktion gewährleistet außerdem, dass eine Verdrehung des Sensors unter gleichbleibenden Luftströmungsverhältnissen keinen nennenswerten Einfluss auf das Messergebnis hat. Mit Hilfe des CORA-Sensors wird die Wärmeübertragung durch kommerzielle thermoelektrischen Kühlmodule bestimmt, die auch als Peltier-Module bekannt sind. Die Temperatur der Oberfläche ist mittels eines integrierten Thermoelements bestimmt. Zwei Wärmestromsensoren dienen als Sensorelemente. Um die unter extremen Bedingungen erforderliche Messgenauigkeit zu erreichen, wurde ein speziell dafür vorgesehenes Kalibrierungsverfahren entwickelt. Man konstruierte einen geeigneten Versuchsaufbau, um die thermischen und elektrischen Eigenschaften der Sensorkomponenten experimentell zu ermitteln. Neben den Sensorelementen wurde die Elektronik, die elektrische Verbindung zum Datenerfassungssystem und die grafische Benutzeroberfläche für Messung und Konfiguration einer Bewertung unterzogen. Die Tests bestätigten eine aktuelle Auflösung von ungefähr 2 W/m2, die durch Filterung weiter verbessert werden kann. Durch Anordnung mehrerer Sensoren in einem Array können Gefahrenherde identifiziert und, falls erforderlich, durch strukturelle Abänderungen beseitigt werden. Auf diese Weise ist es möglich, größere Flächen zur Kühlung von Flugzeugkomponenten zu nutzen und die überschüssige Wärme passiv abzuführen. Die innerhalb des CORA-Projekts entwickelte Sensorvorrichtung ist besonders für zukünftige, im stärkeren Maße elektrisch betriebene Flugzeugarchitekturen attraktiv, die neue Herausforderungen für das Management von elektrischer Energie bedeuten werden.
Schlüsselbegriffe
Wärmeübertragung, Sensor, elektronische Ausrüstung, Flugzeuge, Luftfahrzeug, CORA, Wärmeverlust
