DE202005011394U1 - Temporary protection for electronic equipment subjected to high temperatures, e.g. data logger, includes casing, insulation and melting substance - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum temporären Schutz einer wärmeempfindlichen Baugruppe vor hoher UmgebungstemperaturThe The present invention relates to a temporary protection device a heat sensitive Assembly at high ambient temperature
1. Stand der Technik1. Stand the technology
In der Technik gebräuchlich sind sogenannte Datalogger. Dabei handelt es sich um elektronische Geräte, die Messdaten aus ihrer Umgebung aufzeichnen, speichern und auf Anforderung an eine Auswerteeinheit – meist einen handelsüblichen Personal-Computer – senden. Häufig dienen diese Geräte zur Aufzeichnung von Temperaturen. Sie werden dann auch Temperaturlogger genannt.In the technique in use are so-called dataloggers. These are electronic devices that Record, save and on-demand measurement data from your environment to an evaluation unit - mostly a commercial one Personal computer - send. Often serve these devices for recording temperatures. You will then also temperature logger called.
Der Vorteil eines Dataloggers gegenüber anderen Lösungen, z.B. mit Schleppkabeln, besteht darin, dass er mit dem zu behandelnden Gut zusammen z.B. in eine Wärmebehandlungsanlage gegeben und nach Beendigung des Prozesses wieder herausgenommen werden kann. Das ist besonders von Vorteil bei Durchlaufanlagen, bei denen das mitführen von Leitungen erhebliche Probleme bereiten kann. Nachteilig ist für viele Prozesse die niedrige zulässige Betriebstemperatur elektronischer Baugruppen. Sie liegt mit handelsüblichen Komponenten bei maximal 105°C, häufig sogar nur bei 60°C (bei akkugestützten Systemen). Ähnliche Vor- und Nachteile gelten auch für die Datenübertragung durch Funk oder Infrarotübermittlung. Hier werden lediglich die Messdaten sofort übertragen. Kombinationen mit sofortiger Funkübertragung und Messwertspeicher sind ebenfalls üblich. Diese Vartianten haben keinerlei Einfluß auf die thermische Spezifikation der in jedem Fall elektronischen Baugruppe.Of the Advantage of a datalogger over other solutions, e.g. with tow cables, is that he deals with the one to be treated Well together, e.g. in a heat treatment plant given and removed after completion of the process can be. This is particularly advantageous in continuous-flow systems, where to carry that of lines can cause significant problems. The disadvantage is for many Processes the low permissible Operating temperature of electronic assemblies. It lies with commercially available Components at a maximum of 105 ° C, often even only at 60 ° C (with battery-based systems). Similar Advantages and disadvantages also apply to the data transmission by radio or infrared transmission. Here only the measuring data are transmitted immediately. Combinations with immediate radio transmission and readings are also common. These Vartiants have no influence on the thermal specification of the electronic assembly in any case.
Übliche aufzuzeichnende Prozesse sind z.B. Lötprozesse (bis ca. 300°C), das Backen oder Garen von Lebensmitteln (bis ca. 250°C) oder die Wärmebehandlung von Metallen (bis über 1000°C). Hierbei befinden sich die Temperaturfühler an den ausgezeichneten Messpunkten der zu überwachenden Werkstücke oder Güter, während sich der Datalogger in einer wärmeschützenden Umhüllung befindet und mit durch den Ofen reist. Fühler und Datalogger sind durch eine hitzebeständige Leitung miteinander verbunden.Usual to record Processes are e.g. soldering processes (up to approx. 300 ° C), the baking or cooking of food (up to 250 ° C) or the heat treatment of metals (up to over 1000 ° C). Here are the temperature sensors on the excellent Measuring points of the workpieces to be monitored or Goods, while the datalogger is in a heat-protective wrapping is located and travels through the oven. Sensors and dataloggers are through a heat resistant Line connected together.
Die Wärmeschutzbox stellt einen temporären Schutz der Elektronik vor der Umgebungstemperatur dar.The Wärmeschutzbox makes a temporary Protection of the electronics from the ambient temperature.
Die Wärmeschutzbox besteht aus einem wärmeisolierten Kasten mit einer Kavität zur Aufnahme des Messgeräts. Manchmal – besonders für kleine Messgeräte mit geringer thermischer Masse – enthält die Kavität als zusätzliche Wärmekapazität noch eine weitere Masse, z.B. einen Aluminiumklotz.The Wärmeschutzbox consists of a thermally insulated Box with a cavity for receiving the measuring device. Sometimes - especially for little ones Measuring device with low thermal mass - contains the cavity as additional Heat capacity one more additional mass, e.g. an aluminum block.
Für extrem lang andauernde thermische Prozesse und/oder sehr hohe Umgebungstemperaturen sind Wärmeschutzboxen mit einem Wassertank gebräuchlich. Das Wasser im Tank verdampft während des Prozesses und wird durch eine Leitung durch die Isolation der Wärmeschutzbox in den Ofenraum abgeführt.For extreme long-lasting thermal processes and / or very high ambient temperatures Insulation boxes in use with a water tank. The water in the tank evaporates during the Process and is through a line through the insulation of the heat protection box discharged into the oven room.
2. Nachteile der gängigen Wärmeschutzboxen2. Disadvantages the common ones Insulation boxes
Alle gebräuchlichen Wärmeschutzboxen basieren auf einem wärmeisolierten Gehäuse, das im Inneren einen zunächst kalten Wärmespeicher enthält. Da die Auswahl geeigneter Isolationswerkstoffe insbesondere für höhere Temperaturen klein ist, bleiben als konstruktive Freiheitsgrade lediglich die Isolationsdicke und die darin befindliche Wärmekapazität (Heatsink).All common Insulation boxes are based on a thermally insulated Casing, the one inside first cold heat storage contains. As the selection of suitable insulation materials, especially for higher temperatures is small, remain as constructive degrees of freedom only the Insulation thickness and the heat capacity contained therein (heatsink).
Gebräuchliche metallische Körper zur Wärmespeicherung nehmen fühlbare Wärme nach Maßgabe ihrer werkstofftypischen spezifischen Wärmekapazität auf. Die Wärmekapazität von verfügbaren Metallen ist vergleichsweise gering. Da das nutzbare Temperaturintervall durch die Spezifikation des Dataloggers festgelegt ist, benötigt man für längere Prozesse und/oder höhere Temperaturen dicke Isolationsschichten und/oder schwere, voluminöse Speicherkörper.common metallic bodies for heat storage take tactile Heat after proviso their specific material specific heat capacity. The heat capacity of available metals is comparatively low. Because the usable temperature interval specified by the specification of the datalogger, one needs for longer processes and / or higher Temperatures thick insulation layers and / or heavy, voluminous storage body.
Wassergefüllte Tanks haben bei gleichem Gewicht und auch bei gleichem Volumen ein sehr viel höheres Speichervermögen. Sie sind jedoch nicht gebräuchlich.Water filled tanks have at the same weight and even at the same volume a very much higher Storage capacity. However, they are not common.
Gebräuchlich sind hingegen offene, wassergefüllte Tanks mit während des Betriebes verdampfendem Wasser. Sie haben ein extrem gutes Leistungsgewicht und auch Leistungsvolumen. Sie sind jedoch meist auf eine festgelegte Betriebslage angewiesen (Dampf muß nach oben entweichen) und müssen vor jeder Benutzung neu befällt werden. Durch die regelmäßige Neubefüllung können sich Fremdstoffe im Tank ablagern, was die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt. Sie sind nur für elektronische Baugruppen mit einer zulässigen Betriebstemperatur > 100°C zu gebrauchen, was die Verwendung vieler gebräuchlicher Datalogger ausschließt.common are, however, open, water-filled Tanks with while the operation of evaporating water. They have an extremely good power to weight ratio and also performance volume. However, they are usually set to one Operating position instructed (steam must escape upwards) and must before each use again become. The regular refilling can lead to foreign substances deposit in the tank, which affects performance. They are only for use electronic assemblies with a permissible operating temperature> 100 ° C, which is the use of many common ones Datalogger excludes.
Bei vielen Prozessen ist es nicht zulässig, dass Dampf oder andere Stoffe in die Ofenatmosphäre entweichen (z.B. bei Vakuum- oder Schutzgasprozessen). Gerade hier wäre ein Datalogger aber von Vorteil, da hier Lösungen mit Schleppkabeln wegen der erforderlichen gas- bzw. vakuumdichten Durchführungen sehr aufwendig zu realisieren sind.at Many processes do not allow steam or other Substances in the furnace atmosphere escape (e.g., in vacuum or inert gas processes). Right here would be a Datalogger but of advantage, since solutions with trailing cables because of required gas or vacuum-tight bushings very expensive to implement are.
3. Aufgabenstellung:3rd task:
Es ist eine Wärmeschutzbox zu schaffen, die bei gegebenen Außenabmessungen eine höhere Betriebsdauer als die verfügbaren Konstruktionen erreicht. Sie sollte lageunabhängig einsetzbar sein und keine Stoffe in ihre Umgebung emittieren.It is a heat protection box to create the given external dimensions a longer service life as the available Constructions achieved. It should be applicable regardless of location and no Emit substances into their environment.
4. Erfindungsgemäße Problemlösung4. Problem solution according to the invention
Um bei vorgegebener Prozessdauer und Betriebstemperatur Abmessungen und Gewicht der Wärmeschutzbox zu minimieren und/oder Betriebsdauer die Betriebsdauer zu verlängern, nutzt die erfindungsgemäße Lösung den Phasenübergang eines geeigneten Materials vom festen in den flüssigen Zustand (Schmelzwärme). Hierbei können in einem kleinen Temperaturintervall von z.B. 15 K sehr große Wärmemengen gespeichert werden. Diese liegen bei einem Vielfachen der metallischen Heatsinks und auch beim mehrfachen eines Wassertank (ohne Verdampfung). Dennoch entweichen keine Stoffe in die Umgebung.Around for a given process duration and operating temperature dimensions and weight of the heat protection box to minimize and / or operating time to extend the operating life uses the solution of the invention the Phase transition a suitable material from the solid to the liquid state (heat of fusion). in this connection can in a small temperature interval of e.g. 15 K very large amounts of heat get saved. These lie at a multiple of the metallic Heatsinks and also when multiple of a water tank (without evaporation). Nevertheless, no substances escape into the environment.
Die einfachste Ausführung einer derartigen Wärmeschutzbox bestünde demnach in einer Isolierbox mit eingelegten handelsüblichen „Kühlakkus". Hierbei besteht aber die Gefahr der für elektronische Baugruppen ungünstigen Schwitzwasserbildung. Außerdem müsste ein derartiger Heatsink vor der Benutzung mehrere Stunden im Tiefkühlfach eingefroren werden, was die praktische Handhabung erschwert.The simplest version such a heat protection box would Accordingly, in a Isolierbox with inserted commercial "cooling batteries" but the danger of for electronic assemblies unfavorable Condensation. Furthermore should such Heatsink frozen for several hours in the freezer before use which makes practical handling more difficult.
Besser ist deshalb die Verwendung eines Wärmeträgermaterials mit einem Schmelzpunkt zwischen 40° und 60°C. Hier besteht keine Schwitzwassergefahr und der Heatsink kann durch einfaches Lagern bei Raumtemperatur regeneriert werden. Dennoch kann die Temperatur des Systems bei bestimmungsgemäßem Gebrauch leicht in den vorgeschriebenen Grenzen gehalten werden. Es ist eine Vielzahl geeigneter Wärmeträgermaterialien am Markt verfügbar, sodaß die Arbeitstemperatur durch die Wahl des Wärmeträgers leicht wie gewünscht eingestellt werden kann. Es sind Materialien verfügbar, die die Wärmekapazität eines einfachen Wassertanks im geforderten Temperaturbereich um ein mehrfaches übersteigen.Better is therefore the use of a heat transfer material with a melting point between 40 ° and 60 ° C. Here There is no risk of condensation and the heatsink can be done by simple Store at room temperature to be regenerated. Still, the temperature can of the system when used as intended easily kept within the prescribed limits. It is one Variety of suitable heat transfer materials available on the market, So that the Working temperature can be easily adjusted by the choice of the heat carrier as desired can. There are materials available the heat capacity of a Simple water tanks in the required temperature range by a multiple exceed.
Vorteilhaft ist der Einschluß des schmelzenden Wärmeträgermaterials in einer oder mehreren Membranen, die wiederum von einem gut wärmeleitenden metallischen Gehäuse, z.B. aus Aluminium oder Kupfer umschlossen werden. Das metallische Gehäuse verhindert lokale Überhitzungen.Advantageous is the inclusion of the melting heat transfer material in one or more membranes, in turn, by a good heat-conducting metallic housing, e.g. be enclosed in aluminum or copper. The metallic housing prevents local overheating.
Aus demselben Grund ist es vorteilhaft, wenn das metallische Gehäuse außer dem Wärmeträger auch das Messgerät einschließt.Out For the same reason, it is advantageous if the metallic housing except the Heat transfer medium too the meter includes.
Die Membran schließt den geschmolzenen Wärmeträger sicher von der Umgebung ab und nimmt seine Wärmedehnung auf, ohne dass dafür ein dichtes metallisches Gehäuse erforderlich wäre. Um das geschmolzene Wärmeträgermaterial zu binden, kann es alternativ auch mikroverkapselt werden oder in einem porösen Träger aufgesaugt werden.The Membrane closes the molten heat carrier safely from the environment and absorbs its thermal expansion, without causing a dense metallic housing required would. Around the molten heat transfer material Alternatively, it can also be microencapsulated or in a porous one carrier be sucked up.
Als vorteilhafter Wärmeträger wird ein homogener Stoff verwendet. Dieser weist einen ausgeprägten Schmelzpunkt auf und verändert seine Eigenschaften auch nach vielen Zyklen nicht. Alternativ einsetzbar ist ein Eutektikum mehrerer Komponenten. Auch dieses weist einen scharf ausgeprägten Schmelzpunkt auf, kann jedoch seine Eigenschaften mit der Zeit durch Veränderung seiner Zusammensetzung verändern.When is advantageous heat carrier a homogeneous substance used. This has a pronounced melting point up and changed its properties even after many cycles are not. Alternative use is a eutectic of several components. This one also has one sharp melting point however, its properties may change over time change its composition.
Aus Gründen der Sicherheit ist es vorteilhaft, wenn der schmelzende Stoff chemisch inert physiologisch unbedenklich ist. Geeignete Stoffe sind in ausreichender Zahl verfügbar.Out establish In terms of safety, it is beneficial if the melting substance is chemical inert physiologically harmless. Suitable substances are sufficient Number available.
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| FR2962979A1 (en) * | 2010-07-20 | 2012-01-27 | Airbus | Aircraft for transporting goods or people, has electric and/or electronic equipment comprising paraffin wax layer, where wax layer is in direct contact with electric and/or electronic component of equipment |
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| RU2651428C2 (en) * | 2016-01-12 | 2018-04-19 | Акционерное общество "Концерн Радиоэлектронные Технологии" | Electronic modules protection device |
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2005
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