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Wärmemanagement

     

Peltierelemente aus prozeßsicherer Fertigung

     
Peltierelement einstufig
"Standard"
ca. 20.000 Zyklen
Tmax = 100°C
Peltierelement einstufig
"Premium"
ca. 800.000 Zyklen
Tmax = 200°C
Peltierelement einstufig
"Superior"
ca. 1'500.000 Zyklen
Peltier-Element: Peltierelemnt einstufig standard Peltierelemente: Peltierelemnt einstufig Premium Peltier Elemente: Peltierelemnt einstufig Superior
für anspruchsvolle
Industrieanwendungen
zyklenfest
für anspruchsvolle
Industrieanwendungen
hochzyklenfest

     
Peltierelement
"Premium" zweistufig
Peltier-Mikromodule
einstufig
Peltier-Micro-Module
mehrstufig
Peltier Elemente: zweistufig Premium Peltier Element: Peltierelemnt  einstufig Micromodule Peltier Elemnete: Peltierelemnt mehrstufig Micro-Modul
für Industrie-
anwendungen
für Industrie-
anwendungen
für Industrie-
anwendungen

 

 


      Peltierelemente

 

Peltierelemente sind elektrothermische Wandler, welche bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz erzeugen. Dabei transportiert die eingespeiste elektrische Energie Wärme (W) von der einen Seite des Elements zur gegenüberliegenden Seite. Der Entzug der Wärme lässt  die betroffene Seite des Elements unter die Umgebungstemperatur abkühlen und bewirkt, dass die gegenüberliegende Seite erwärmt, ja heiß wird. Die Stromrichtung gibt hier vor, ob eine Kühlung oder Erwärmung eintritt. Bei einfachen Elementen kann der Temperaturunterschied bis zu 73 Kelvin betragen, bei mehrstufigen bis zu 114 Kelvin. Ihr Einsatzgebiet ist sehr breitgefächert und reicht von der Kühlung von Akkumulatoren während des Ladevorganges über Labordiagnostik bis hin zur Polymerase-Kettenreaktion in Thermocyclern. Zusammengefasst: Überall dort, wo größtmögliche Präzision bei der Temperaturregelung auf kleinstem Raum notwendig ist.

Zwar lässt sich durch den Peltier-Effekt auch Wärme erzeugen, er wird aber größtenteils dafür eingesetzt, Wärme sicher und auf einfache Art und Weise abzutransportieren, also zu kühlen. Peltier-Elemente lassen sich in einer Vielzahl an Anwendungsgebieten einsetzen, sogar unabhängig von Erdanziehung und bei Schwerelosigkeit. Sie arbeiten dabei völlig geräusch- und vibrationslos. Durch kleinste Baugrößen wird maximale Flexibilität erreicht. Zudem ermöglichen thermoelektrische Generatoren die Erzeugung von elektrischer Energie direkt aus Wärme.

Unsere Peltier-Elemente werden ständig weiterentwickelt und an die Bedürfnisse unserer Kunden angepasst. Die Fertigung der Peltier-Elemente unterliegt nicht nur dem hohen technologischen Standard der Quick-Ohm-Produkte, sondern ist auch ISO 9001:2000 zertifiziert. Jeder Fertigungsschritt wird kontinuierlich kontrolliert und mit einer Qualitätsprüfung abgeschlossen. Hier werden Ultraschall- und Temperaturprüfungen für alle Parameter durchlaufen und die elektrischen Eigenschaften geprüft. Im Fertigungsvorgang werden die besten Rohmaterialien verwendet, welche von ausgewählten Lieferanten weltweit zu erhalten sind. Dies gilt auch für die Keramiksubstrate und Zubehörteile.

Mit einer großen Peltierelemente-Auswahl und der Möglichkeit, ganz nach Kundenwunsch zu arbeiten, finden wir für Ihr Projekt die geeignetste Lösung. Abgestimmt auf maximale Kühlleistung oder maximale Energieeffizienz werden alle notwendigen Parameter kalkuliert, um so das passende Peltierelement für Sie zu finden. Dieses kann, je nach Anwendungsgebiet, speziell für zyklischen Betrieb ausgelegt, gegen Korrosion und Feuchtigkeit geschützt oder für hohe Temperaturen (bis zu 200 Grad Celsius) geeignet sein.

 

   Peltier-Element::Peltierelement::Peltier Element: Aufbauprinzip  Peltierelemnte::Peltier-Element::Peltier Element: Funktion



  1. Was macht das Peltierelement?

    In einem Peltierelement werden verschiedene Materialien derart zwischen zwei Flächen angeordnet, dass bei einem Stromfluss thermische Energie (Wärme) von der einen zur anderen Fläche transportiert wird. Hierbei kann beobachtet werden, dass die Seite, von der die Energie abgeführt wird, abkühlt, während die andere Seite wärmer wird. Der Seebeckeffekt und der Peltiereffekt treten stets gleichzeitig auf und stören sich gegenseitig. Diese Behinderung verhindert, dass eine Erhöhung der Energie eine proportionale Erhöhung der Transportleistung erwirkt.

  2. Wozu wird der Peltiereffekt genutzt?

    Mithilfe des Peltiereffektes werden Gegenstände auf konstante Temperatur gehalten. Mit Peltierelementen werden Kühlanlagen aufgebaut. Peltierelemente sind in der Lage bestimmte Stellen ganz gezielt auf „beliebige“ Temperatur zu bringen. Peltierelemente kommen oftmals dort zum Einsatz, wo herkömmliche Kompressor-Kühlanlagen nicht eingesetzt werden können. Etwa wenn austretende Kühlflüssigkeit eine Gefahr darstellen sollte, besonderes lange Lebensdauer gefordert ist, oder wo eine regelmäßige Wartung nicht durchgeführt werden kann.

  3. Was kann ein Peltierelement?

    Ein Peltierelement ist in der Lage thermische Energie (Wärme) entgegen des natürlichen physikalischen Wärmebestrebens örtlich zu verschieben. So wie ein Gegenstand auf einer geneigten Fläche bestrebt ist, diese Steigung hinabzugleiten, so ist die thermische Energie bestrebt, in kühlere Orte hin abzuwandern. Benötigt man für das bewegen des Körpers den Berg hinauf etwa einen Motor, so kann für den Transport von Wärme von einem kaltem Niveau in eine warme Umgebung ein Peltierelement verwendet werden.

  4. Wann empfiehlt sich der Einsatz von Peltierelementen?

    Peltierelemente eignen sich hervorragend, verschiedenste Objekte auf konstanter Temperatur zu halten oder auf gewünschte Temperatur zu bringen.

    Peltierelemente eignen sich dafür, Bereiche auf Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur abzukühlen. Peltierelemente eignen sich zum Heizen. Durch ihre Fähigkeit, Wärme zu transportieren, sind Heizwirkungsgrade, wie auch bei der konventionellen Wärmepumpe, von deutlich über 100% erreichbar. In diesem Zusammenhang ist der Ausdruck Wirkungsgrad nicht korrekt, da hier keine Energie umgeformt wird, sondern Verschoben wird. Besser ist der Ausdruck Leistungszahl COP. (Coefficient of Performance)

    Mit der Peltiertechnik können Objekte oder Bereiche auf Temperaturen zwischen ca. -40°C und + 200°C gehalten oder zyklisch verändert werden. Peltierelemente benötigen abgesehen von der Temperaturlaufzeit durch die Materialien keine Anlaufzeit, um ihre Wirkung zu entfalten. Dadurch können sehr dynamische Temperaturänderungen erreicht werden. Temperatursprünge von 10 Kelvin pro Sekunde sind je nach Dimensionierung realisierbar.

    Um die Temperatur gezielt zu erreichen, ist der Einsatz einer Regelungstechnik erforderlich. Hierfür ist mittels Sensor, eine Erfassung der Objekttemperatur vorzusehen.

 

 

      Heatpipe Kühlkörper

Heatpipes oder Wärmerohre ermöglichen den effizienten Transport von Wärme oder Kälte zum Kühlkörper. Durch sie lassen sich hocheffiziente Kühllösungen realisieren. Diese übertreffen konventionelle, aus extrudierten Aluminiumprofilen hergestellte Kühlelemente in Bauform und Leistungsfähigkeit. Bei Peltier-Anwendungen ist eine effektive Wärmeabfuhr essentiell, da diese auf die Temperaturdifferenz angewiesen sind. Peltierelemente können bei einem gewissen Wärmestrom von der kalten zur warmen Seite nur eine bestimmte Differenz erzeugen. Das bedeutet, dass, je wärmer die warme Seite, umso weniger kalt ist die gegenüberliegende Seite.

Gerne wählen und gestalten wir für Sie den passenden Kühlkörper für Ihre Anwendung oder Optimieren Ihr bestehendes System.

 

      Simulation

Für die optimale Auslegung der Thermal-Management-Systeme bedienen wir uns eines CFD-Tools (Computational Fluid Dynamics). Dadurch können wir thermische Systeme mit Hilfe von numerischer Strömungsmechanik simulieren und möglicherweise auftretende Komplikationen bereits im Vorfeld vermeiden. Auf diese Art und Weise lassen sich Kühlsysteme präziser auslegen und auf die nötigen Anforderungen bestmöglich anpassen. Jede Konstruktion kann durch diese Methodik vor Produktionsbeginn in einer simulierten Testumgebung auf Schwachstellen geprüft werden. Dies hat zur Folge, dass die Realisierung eines Prototyps auf ein Minimum reduziert werden kann und einerseits sich damit die Entwicklungskosten effizient senken lassen, andereseits die Entwicklungsdauer stark verkürzt wird.

Gerne nehmen wir Ihnen auch die Entwicklungsarbeit ab oder unterstützen Sie bei der Anwendung.

 

Eine Vielzahl von Elementen:


Mesh- und Sinter-Heatpipes Methanol-HeatpipesHeatdiffuser PeltierelementeThermogeneratoren Peltier-Controller Lüftergitter

Wärmekoppel-Elemente Wärmrleitpaste Wärmeleitkleber Carbon-Wärmeleitfolie Silikonscheiben Aluminiumoxid-Scheiben Lüfter

Experimentier-Bausätze


und vieles mehr... finden Sie in unserem Online-Shop!

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Für spezielle Anwendungen sprechen Sie uns direkt an: 0202 - 40 43 22 oder nutzen Sie unser kontakt- & Bestellformular


 

 

   Die 10 wichtigsten Regeln für Peltierelemente Peltierelemnte:: Die 10 wichtigste Regeln für Peltier Elemente

  1. Unbeeinflußt fließt Wärme immer von warm nach kalt

  2. Mit Hilfe einer elektrischen Leistung transportiert das Peltier-Element die Wärme von kalt nach warm. (Wärmepumpe). Die eingesetzte elektrische Energie wird nur für den Transport der Wärme von einer PeltierElement Seite zur anderen Peltier-Element Seite verwendet. Die elektrische Energie wird überhaupt nicht für direkte Wärmekompensation (Vernichtung) verwendet.

  3. Das thermische Management auf der warmen Seite des Peltier-Elementes ist der absolut bestimmende Parameter für jede Anwendung. Je kühler die Warmseite gehalten wird, desto kälter kann die Kaltseite werden.

  4. Die von der kalten Seite des Peltier-Elementes zur warmen Seite transportierte Wärmemenge muß in vollem Umfang von dort weggeführt werden, um auf der kalten Seite eine ausreichend tiefe Temperatur zu erhalten und um eine Überhitzung des Peltier-Elementes zu vermeiden.

  5. Die von der warmen Seite wegzuführende Wärmemenge entspricht der Summe der vom Peltier-Element gepumpten Wärme plus der Wärme, die durch die vom Element aufgenommene elektrische Betriebsenergie, erzeugt wird. !!!

  6. Reduziert man bei gleicher transportierter Wärmemenge die Temperaturdifferenz am Peltier-Element zwischen warm und kalt, so sinkt die benötigte elektrische Energie für den Wärmepump-Vorgang überproportional. Es ist unter Umständen sinnvoll, mehrere Elemente bzw. Kaskaden zu verwenden.

  7. Der Wärmetransport bzw. die Wärmeleitfähigkeit aller Komponenten des Temperaturweges bestimmt die Effektivität. Besondere Beachtung erfordern die Wärmeübergänge zwischen dem zu kühlenden bzw. temperierenden Objekt und dem Peltier-Element auf der einen Seite, und zwischen dem Peltier-Element und dem Kühlkörper / Flüssigkeitskühler / Wärme-Transferer auf der anderen Seite. Hier können gewaltige Wirkungsgrad-Verluste entstehen.

  8. Sind Peltier-Elemente für die jeweilige Anwendung unterdimensioniert, wird die Temperaturdifferenz zwischen beiden Seiten des Peltier-Elementes um so kleiner, je stärker die Unterdimensionierung ist. Entsprechend der Unterdimensionierung wird dann die notwendige elektrische Energie für den Wärmetransport immer größer. Bei richtiger bzw. größerer Dimensionierung kann das Peltier-Element einen größeren Wärmetransport mit der dazugehörigen größeren Temperaturdifferenz erzeugen. Evtl. sind mehrere Elemente zu verwenden.
    Ab ∆T > 70°C wird von einstufi gen Elementen gar keine Wärme transportiert. Bei ∆T = 0°C wird die maximale Wärmemenge transportiert.

  9. Durch Umpolen der elektrischen Energie (Gleichstrom) wird beim Peltier-Element die Kalt- und Warmseite gewechselt.

  10. Die Qualität von Peltier-Elementen wird hauptsächlich von folgenden Faktoren bestimmt:

    • Anzahl der erlaubten Temperaturzyklen
    • Lebensdauer
    • maximal zulässige Temperatur
    • Einhaltung möglichst geringer Maßtoleranzen
    • Ebenheit der Oberfläche
    • mechanisch spannungsfreier Aufbau

Peltierelemnte: Die 10 wichtigste Regeln zum Dowmload



    Auswahl eines passenden Peltierelements Peltier Elemente: Auswahl eines passenden Peltierelemnets


TE-Module sind geeignete Teile für den Einsatz unter vielen verschiedenen Bedingungen. Dessen ungeachtet beinhalten die meisten Anwendungen die nachfolgend beschriebenen Arbeitsweisen.

Der Zustand größter Energieeffizienz wird dadurch charakterisiert, dass ein Minimum an Energie-Aufwand die Möglichkeit bietet, genau die gewünschte Kältemenge zu erhalten, also den des maximalen Wertes des “Coefficient of Performance” (COP); Der Zustand der maximalen Kühlkapazität ist von äußerstem Interesse. Auf Grund dessen wird die Methode der Selektion der benötigten Module durch die ModulFunktion in Abhängigkeit von der maximalen Kühlkapazität bestimmt.

Für eine optimale Auswahl von TE-Modulen sind zwei Parameter erforderlich:

1. Die thermischen Belastung eines Moduls.
2. Die Temperatur-Differenz, die bei der jeweiligen Wärmemenge von einem Objekt wegtransportiert werden soll, um dieses zu kühlen.

Die totale Wärmebelastung steht in Beziehung zu der Verlustleistung des zu kühlenden Objektes (Prozesswärme) und verschiedenen Arten des Wärme-Zuflusses, von der Umgebungswärme durch Konvektion, von der Abstrahlung und dem Wärmeleitwert der montierten Teile. Die Temperaturdifferenz wird bestimmt als die Differenz zwischen der Temperatur, bei der die Wärmeabstrahlung stattfindet, und der Temperatur des zu kühlenden Objektes.

Bei Benutzung nachfolgender Tabelle ist die geringste mögliche Anzahl an Stufen zu wählen, um die benötigte Temperaturdifferenz zu erreichen:

T max. im Vakuum, °C        Anzahl der Stufen

          72                                         1
          94                                         2
          110                                       3
          117                                       4


Soweit die benötigte Temperaturdifferenz 50°C nicht überschreitet, ist ein mehrstufiges Element möglichst zu vermeiden.

 

 Peltierelemnte: Auswahl eines passenden Peltierelemnts zum Download




   Peltierelemente: Die am häufigsten gestellten Fragen Peltierelemnte: Die am häufigsten gestellten Fragen



  1. Welche Stromversorgung benötigt ein Peltierelement?

    Ein Peltierelement muss mit Gleichstrom gespeist werden. Die maximale Versorgungsspannung geht aus dem Datenblatt des Peltierelementes hervor. Je mehr Thermopaare ein Peltierelement hat, umso höher ist die max. Versorgungsspannung. Z. B. ist das Peltierelement QC-127-1.4-6.0 aus 127 Thermopaaren aufgebaut. Pro Thermopaar beträgt die maximale Spannung ca. 0,12 Volt. Somit ergibt sich eine Spannung von ca. 15 Volt für diese Art von Peltierelementen. Als Versorgungsquelle sind Schaltnetzteile geeignet, die eine ausreichende Glättung haben. Für anspruchsvolle Aufgaben ist eine Gleichstromversorgung mit Ringkerntrafo erforderlich.

  2. Kann man ein Peltierelement auch mit kleinen Spannungen speisen?

    Ein Peltierelement kann mit einer beliebig kleinen Spannung betrieben werden. Mit abnehmender Spannung sinkt die Leistungsaufnahme des Peltierelementes. Bei halber Spannung z. B. wird ca. ein Viertel der Leistung des Peltierelementes abgerufen.

  3. Kann man mit viel Stromeinsatz immer eine bessere Kühlung erreichen?

    Ein Peltierelement kann nur so gut funktionieren wie der Kühlkörper (oder die Wärmesenke), worauf das Peltierelement montiert ist. Wenn (wegen baulicher Gegebenheiten oder aus anderen Gründen) der Kühlkörper eine bestimmte Größe nicht überschreiten kann, ist es in vielen Fällen sinnvoll, das Peltierelement mit einer kleineren Spannung und entsprechend weniger Strom zu speisen. Dann kann man auf der kalten Seite eine niedrigere Temperatur erzielen. Hier gilt: Weniger kann mehr sein!

  4. Wie kann man den inneren Widerstand eines Peltierelementes messen?

    Der Ohm´sche Widerstand eines Peltierelementes wird mit einem LCR-Meßgerät bei einer Frequenz von 1000 Hertz gemessen. Mit einem standardmäßigen Multimeter hingegen induziert man einen Gleichstrom, der wegen der thermoelektrischen Reaktion des Peltierelementes zu falschen Ergebnissen führt. Bei der Durchführung der Messung ist es wichtig, dass beide Seiten des Peltierelementes die gleiche Temperatur haben. Ansonsten kommt durch den thermogeneratorischen Effekt ebenfalls eine Verfälschung zustande. Die Messung liefert keine sinnvollen Ergebnisse.

  5. Welche Seite wird beim Peltierelement kalt?

    Zunächst einmal muss vorangestellt werden, dass die eine Seite eines Peltierelementes nur dann kalt werden kann, wenn die andere einen wärmeschlüssigen Kontakt zu einem Kühlkörper oder einer anderen Wärmesenke hat. Bei einem Peltierelement gibt es in den meisten Fällen ein rotes und ein schwarzes Anschlusskabel. Wenn das rote Kabel ordnungsgemäß an den Pluspol der Gleichstromquelle angeschlossen ist, ist die bedruckte Seite diejenige die kalt wird. Weitere Merkmale zur Identifizierung der kalten Seite sind folgende: Wenn ein Peltierelement unterschiedlich große Keramikflächen hat, ist die kalte Seite immer die kleinere. Die Anschlusskabel sind immer an der warmen Seite des Peltierelementes angelötet. Wenn man ein Peltierelement so vor sich legt, dass die Anschlusskabel auf den Betrachter gerichtet sind (der Betrachter schaut an die Kabelanschlüsse an der Keramik des Elementes)und das rechte Kabel rot ist, schaut die kalte Fläche nach oben.

  6. Wie kann man mit einem Peltierelement heizen?

    Durch Umkehrung der Stromrichtung (schwarzes Kabel an den Pluspol der Gleichstromquelle) wird die kalte Seite zur warmen. Dies schadet einem Peltierelement nicht. Es ist darauf ausgelegt. Wenn die Temperaturwechsel allerdings ständig erfolgt, ist unbedingt darauf zu achten, dass ein zyklenfestes Peltierelement eingesetzt wird.

  7. In welchen Fällen sollte man ein versiegeltes Peltierelement wählen?

    Immer dann, wenn mit dem Peltierelement eine Temperatur erreicht werden soll, die unter der Umgebungstemperatur liegt, ist mit dem Auftreten von Kondensat zu rechnen. Dieses kann die Kühlfunktion stark beeinträchtigen und führt nach kurzer Zeit zu Korrosion innerhalb des Peltierelementes. Mit einer Versiegelung aus Silikon oder Epoxydharz kann man das Auftreten von Kondensat und die damit verbundenen schädlichen Folgen weitgehend unterdrücken. Eine Versieglung ist auch dann angebracht, wenn das Peltierelement Verschmutzungsgefahr ausgesetzt ist.

  8. Welche Regelungsmethode wird beim Peltierelement verwendet?

    Das übliche Verfahren zur Ansteuerung von Peltierelementen in einem Regelkreis ist die Pulsweitenmodulation. Hierbei wird die Stromstärke über die Länge eines Pulses gesteuert. Dabei werden Leistungsschalter benutzt, die nur zwei Zustände kennen: Voll sperren (kaum Strom, nahezu voller Spannungsabfall) oder voll durchschaltend (nahezu voller Strom, kaum Spannungsabfall). Der Mittelwert der Spannung wird dabei um das Verhältnis Einschaltzeit/Ausschaltzeit verändert. Das entstehende Stromprofil wird durch Induktivitäten geglättet und in ein quasikonstantes Profil umgewandelt. Die Frequenz, deren Pulsweite verändert wird, beträgt einige 100 – 200 kHz. Je höher die Frequenz ist, desto kleiner sind die Induktivitäten zur Glättung. Eine Ein- Aus- Reglung ist ebenfalls möglich. Hiermit sind allerdings keine hochwertigen und genauen Regelungen möglich. Außerdem wird das Peltierelement stärker beansprucht.

  9. Aus welchem Material besteht ein Peltierelement?

    Ein Peltierelement besteht aus dem p- und n-dotierten Halbleiter Wismut-Tellurid (Bi2lTe3). Dieses Ausgangsmaterial wird in Quaderform gebracht und zwischen elektrisch isolierende Flächen eingelötet. Dies ist in den meisten Fällen Aluminiumoxid (Al3O2). Ein Paar aus einem n-dotierten und einem p-dotierten Quader wird Thermopaar genannt. Ein Peltierelement kann aus einigen wenigen bis einigen hundert Thermopaaren bestehen. Die Anzahl der verwendeten Thermopaare ist in den meisten Fällen Bestandteil der Artikelnummer.

  10. Kann man auch mehrere Peltierelemente an eine Spannungsquelle anschliessen?

    Es ist kein Problem, mehrere Peltierelemente an eine Spannungsquelle anzuschließen.

  11. Wie kann man mehrere Peltierelemente elektrisch miteinander verbinden?

    Man kann die Peltierelemente entweder parallel oder in Reihen schalten. Bei der Parallelschaltung benötigt man die maximale Spannung für ein Peltierelement und eine Stromstärke entsprechend Anzahl der Peltierelemente multipliziert mit deren maximaler Stromstärke.

    (z. B. 4 Peltierlemente mit 15,5 Volt und 8,5 Amp. benötigen eine Spannungsquelle von max. 15,5 Volt bei 34 Amp).

    Bei der Reihenschaltung benötigt man hingegen nur die Stromstärke entsprechend eines Peltierelementes und ein entsprechend Vielfaches der Spannung. (z. B. 4 Peltierlemente mit 15,5 Volt und 8,5 Amp. benötigen eine Spannungsquelle von max. 62 Volt bei 8,5 Amp.). Da für die Gleichstromversorgung eine hohe Spannung leichter zu erhalten ist als eine hohe Stromstärke, ist diese Form der Schaltung deutlich preisgünstiger. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass sich die Peltierelemente gegenseitig beeinflussen. Bei stark unterschiedlichen Temperaturen kann es zu Unter- oder Überversorgung einzelner Elemente in der Kette kommen.

    Eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung ist ebenfalls möglich.

    Der elektrische Kontakt kann z. B mittels Lüsterklemme oder durch Lötung, die mit einem Schrumpfschlauch überzogen wird, hergestellt werden.

  12. Was passiert, wenn man ein Peltierelement zwischen die Finger nimmt und mit Strom speist?

    Wenn man ein Peltierelement zwischen die Finger nimmt und mit Strom speist, spürt man eine kurze Zeit (je nach Peltierelement und gewählter Stromstärke für einige Sekunden) eineTemperaturdifferenz auf beiden Seiten des Peltierelementes. Einige Sekunden später ist das Peltierelement auf der warmen Seite so heiß, dass die Schmerzschwelle überschritten wird, so dass man es unwillkürlich fallen lässt. Die Aufheizung kann so schnell erfolgen, dass es zu einer Verletzung kommen kann, bevor die Schmerzreaktion einsetzt. Noch einmal einige Sekunden später ist das Peltierelement so heiß, dass die Lötstellen an den Thermopaaren aufschmelzen und es infolgedessen unwiederbringlich zerstört ist. Deshalb darf ein Peltierelement niemals ohne Kühlkörper oder ohne Kontakt zu einer Fläche mit einer großen thermischen Masse betrieben werden.

  13. Wie kann man prüfen, ob ein Peltierelement funktioniert?

    Das Peltierelement wird auf der warmen Seite (nicht bedruckte Seite) mit einem Kühlkörper verbunden. In das rote Anschlusskabel wird Strom (+) eingespeist, wobei die Spannung die für das Peltierelement definierte nicht überschreiten darf. Die kalte Seite muss sich daraufhin sehr schnell abkühlen. Eine weitere Testmöglichkeit ist die Messung des Ohm´schen Widerstandes des Elementes. Dieser darf nicht mehr als 10% von der Spezifikation abweichen.

  14. Kann man die Stromrichtung bei der Versorgung des Peltierelementes umkehren?

    Man kann die Stromrichtung, mit der man das Peltierelement versorgt, ohne Probleme umkehren. Dabei wird der Pluspol der Gleichspannungsversorgung an das schwarze Anschlusskabel des Peltierelementes angeschlossen. Die Seite, die zuvor gekühlt hat, wird zur heizenden Seite. Dabei ist darauf zu achten, dass diese nicht zu heiß wird. Die zuvor warme Seite wird zur kühlenden. Die minimal erreichbare Temperatur ist allerdings bei Betrieb in Stromrichtungsumkehr nicht so niedrig wie bei normaler Stromrichtung.

  15. Was bedeutet Qcmax?

    Qcmax ist die maximale Kühlleistung, die das Peltierelement aufbringen kann, wenn es mit voller Spannung angesteuert wird und das Peltierelement eine Temperaturdifferenz von 0°C „spürt“. Wenn das Peltierelement eine Temperaturdifferenz aufbauen soll, reduziert sich die Kühlleistung etwa proportional zur Temperaturdifferenz. Bei einer Temperaturdifferenz von ca. 70°C ist die Kühlleistung gleich null.

  16. Welche Möglichkeiten gibt es, ein Peltierelement mit einem möglichst guten thermischen Kontakt einzubauen?

    Um eine möglichst gute Kühlwirkung zu erzielen, ist es von elementarer Bedeutung, das Peltierelement auf der warmen Seite möglichst effizient zu kühlen. Dabei ist die physikalische Eigenschaft des Kühlkörpers der Wärmeübertragung wichtig und die möglichst gute thermische Verbindung des Peltierelementes zum Kühlkörper.

    Je mehr Planizität die verbindenden Flächen des Wärmeübergangs haben, umso besser die Ausgangssituation.

    Um die Wärmeübergangswiderstände an den Montageflächen zu reduzieren, gibt es folgende Möglichkeiten:

    • Wärmeleitpaste
    • Wärmeleitkleber
    • Wärmeleitfolie

    Bei sachgerechter Handhabung gibt es kaum Unterschiede hinsichtlich des erzielbaren Wärmeübergangswiderstandes.

  17. Worauf ist zu achten, wenn man mehrere Peltierelemente gleichzeitig einbaut?

    Wenn mehrere Peltierelemente gleichzeitig in einem System eingebaut werden, ist darauf zu achten, dass deren Bauhöhe, Ebenheit und Parallelität innerhalb enger Toleranzen (< 0,05 mm) liegt und sie mit der erforderliche Anpresskraft von ca. 140 N/cm² eingebaut werden.

    Wenn die Peltierelemente elektrisch in Reihe geschaltet werden, was zur Verringerung der benötigten Stromstärke führt, ist auf einen möglichst gleichmäßigen inneren elektrischen Widerstand zu achten.

  18. Wie lässt sich die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes eines Peltierelementes beschreiben?

    Der elektrische Widerstand Rel(t) eines Peltierelementes nimmt mit steigender Temperatur zu.

    Die Abhängigkeit lässt sich mit guter Genauigkeit wie folgt beschreiben:

    Rel(t) = Rel(25°C) * (1 + α*ΔT) mit ΔT = t[C] – 25°[C] und α = 0,0049 1/K Rel(25°C) = der elektrische Widerstand des Peltierelementes bei 25°C

  19. Was sind typische Schadensbilder bei der Nutzung von Peltierelementen?

    Das häufigste Schadensbild sind aufgeschmolzene Thermopaare im Peltierelement. Dies kann beim Durchleuchten mit einer sehr hellen Lichtquelle häufig festgestellt werden. Ein weiterer Hinweis ist der innere Widerstand, der in diesen Fällen unendlich hoch ist.

    Ursache ist in den meisten Fällen der Betrieb des Peltierelementes ohne Kühlkörper. Weitere Schäden sind gebrochene oder gerissene Keramik.

    Ein Peltierlement ist relativ empfindlich gegen Stöße und Schläge. Wenn es auf einen harten Untergrund fällt, kann es bereits zu derartigen Schäden kommen. Auch wenn ein Peltierelement verkantet eingebaut wird, können leicht die Ecken der Keramikplatten abbrechen. Deshalb ist bei der Montage immer darauf zu achten, dass die Schrauben gleichmäßig angezogen werden.

  20. Wie kann man Peltierelemente und Heatpipes miteinander verbinden?

    Heatpipes sind dazu geeignet, die Wärme von der warmen Seite eines Peltierelementes fortzuschaffen. Dies ist immer dann sehr hilfreich, wenn am Einbauort des Peltierelementes zu wenig Platz für einen hinreichend leistungsfähigen Kühlkörper ist. Die Verbindung zwischen beiden Bauteilen wird mit einem Wärmekoppelelement hergestellt. Dies besteht aus einem Quader aus Kupfer oder Aluminium mit einer Bohrung zur Aufnahme der Heatpipe. Der Quader überdeckt das Peltierelement. Die Heatpipe kann in das Wärmekoppelelement eingeklebt, eingeklemmt oder eingelötet werden.

  21. Wie tief ist die niedrigste Temperatur, die man mit einem Peltierelement erreichen kann?

    Die erreichbare niedrigste Temperatur wird wesentlich durch die Temperatur auf der „warmen“ Seite des Petierelementes beeinflusst. Je niedriger diese gehalte werden kann, desto niedriger ist auch die Temperatur auf der kalten Seite.

    Ein einstufiges Peltierelement kann in Verbindung mit einem sehr guten Kühlkörper mit Umgebungsluft ca. –30°C erzeugen. Bei dieser Temperatur ist allerdings die verschiebbare Wärmemenge infinitesimal klein. Man kann die „warme“ Seite vorkühlen, so dass man in technischen Anwendungen ca. -50 bis – 60°C je nach Vorkühlungsgrad erreichen kann.

    Erfolgt die Vorkühlung mittels Peltierelement, spricht man von einem zweistufigen Element. Mit einer mehrstufigen Vorkühlung kann die erreichbare Temperatur weiter heruntergedrückt werden.

    Dabei darf eine prinzipielle Limitierung nicht außer Acht gelassen werden: Die Effizienz des thermoelektrischen Halbleitermaterials Bismut-Tellurid verändert sich proportional zur absoluten Temperatur. Je niedriger die Zieltemperatur ist, umso geringer ist die Effiziens und umso geringer ist die übertragbare Leistung.

    Praktisch erzielte Laborwerte liegen im Bereich von und -100°C, dies ist jedoch nur mit einem extremen Aufwand und einer nahezu perfekten Isolierung der Zielfläche zu erreichen.

 

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