Die individuelle Beratung ist entscheidend

Die Kühlung von Bauteilen spielt in der modernen Agrartechnik eine sehr wichtige Rolle. Im Interview erklärt Ulf-Guido Held, Vertriebsleiter bei der CTX Thermal Solutions GmbH, warum effiziente Wärmeabfuhr bei leistungsstarker Elektronik in Landmaschinen entscheidend ist und welche Herausforderungen und Lösungen es bei Kühlkörpern gibt. 

Welche Rolle spielt eine effektive Kühlung in der modernen Agrartechnik, insbesondere im Hinblick auf die immer leistungsfähiger werdende Elektronik in Landmaschinen? 

Hier spielt eine effektive Kühlung eine entscheidende Rolle, insbesondere aufgrund der immer leistungsfähigeren Elektronik in Landmaschinen. Elektronische Komponenten werden stetig kleiner und leistungsstärker, wodurch mehr Abwärme entsteht, die abgeführt werden muss. Dieser Trend ist weiterhin ungebrochen. In landwirtschaftlichen Maschinen finden sich zahlreiche elektronische Systeme, wie sie auch in Pkw oder Nutzfahrzeugen verbaut sind, etwa ABS oder Entertainmentsysteme. Hinzu kommen spezielle Anbaugeräte, die gesteuert werden müssen, sowie Telematik- und GPS-Systeme, insbesondere für autonomes Fahren auf großen Agrarflächen. All diese Systeme erfordern eine wirksame Kühlung, um eine Überhitzung zu vermeiden und die Leistungsfähigkeit der Elektronik zu gewährleisten. 

Betrifft das auch die Bediengeräte in der Fahrerkabine? 

Ja. Diese sind Teil der Steuergeräte, die für die Kontrolle der Anbaugeräte zuständig sind. Hierbei handelt es sich um zusätzliche Computer oder Embedded-Systeme, die diese Steuerungen übernehmen. Eine Kühlung ist auch hier relevant, jedoch meist in das Gehäuse integriert. Häufig werden Aluminiumdruckgussgehäuse verwendet, um die Wärme von den Steuergeräten über die Außenhülle abzuführen. Diese Art der Wärmeableitung findet sich auch bei anderen Steuergeräten, die im gesamten Fahrzeug verteilt sind. 

Welche spezifischen Herausforderungen bringt die Kühlung von elektronischen Systemen in der Agrartechnik mit sich, im Vergleich zu anderen Industriebereichen? 

Die Kühlung von elektronischen Systemen in der Agrartechnik bringt spezifische Herausforderungen mit sich, die sich deutlich von anderen Industriebereichen unterscheiden. Zum einen arbeiten die Systeme oft in geschlossenen, staub- und wasserdichten Gehäusen, was die Ableitung der entstehenden Wärme erheblich erschwert. Zudem müssen die Kühllösungen den rauen Umgebungsbedingungen wie Vibrationen und Stößen standhalten. Diese beweglichen Systeme sind im Gegensatz zu stationären Maschinen in der Industrie starken Erschütterungen ausgesetzt, was besondere Anforderungen an die Befestigung und Robustheit der Kühlsysteme stellt. 

Können Sie uns Beispiele für die verschiedenen Kühllösungen nennen, die typischerweise in landwirtschaftlichen Geräten zum Einsatz kommen, und wie unterscheiden sich diese in ihrer Funktionsweise? 

In der Landwirtschaft können grundsätzlich die gleichen Kühllösungen wie in anderen Bereichen verwendet werden, jedoch müssen diese an die spezifischen Anforderungen angepasst werden. Ein typisches Beispiel ist der einfache Extrusionskühlkörper, der eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit bietet und kostengünstig ist. Dieser funktioniert in offenen Systemen, wo natürliche oder erzwungene Konvektion möglich ist, besonders gut. In geschlossenen Systemen, die in der Agrartechnik häufig vorkommen, ist der Einsatz von Lüftern oft nicht effektiv, da der Luftaustausch begrenzt ist. Hier kann eine Lösung mit Heatpipes genutzt werden, um die Wärme gezielt an das Gehäuse zu leiten und über dessen Oberfläche abzugeben, besonders wenn diese aus Metall besteht. Eine weitere Möglichkeit sind Flüssigkeitskühlkörper, die bei stärkeren Wärmequellen, wie sie z.B. in Elektromobilitätsanwendungen vorkommen, eingesetzt werden könnten. Diese Systeme verwenden Wasser oder andere Flüssigkeiten zur Wärmeabfuhr. Eine weitere Technologie ist das Kaltfließpressen, das aufgrund des homogenen Gefüges im Material eine effiziente Wärmeverteilung ermöglicht. Diese Lösung eignet sich besonders gut für offene Systeme. Insgesamt wird die Wahl der Kühllösung individuell an die jeweilige Anwendung angepasst, um eine optimale und kosteneffiziente Lösung zu bieten. 

Inwiefern beeinflussen die rauen Umgebungsbedingungen in der Landwirtschaft, wie Staub und Feuchtigkeit, die Auswahl der richtigen Kühllösung? 

Die rauen Umgebungsbedingungen in der Landwirtschaft, wie Staub und Feuchtigkeit, haben einen wesentlichen Einfluss auf die Auswahl der richtigen Kühllösung. In geschlossenen Systemen stellt dies weniger ein Problem dar. In offenen Systemen jedoch muss man besonders auf den Abstand der Kühlrippen achten, damit sich Staub und Schmutz nicht ansammeln und die Kühlleistung beeinträchtigen. Die Finnen müssen ausreichend weit auseinanderliegen, um eine einfache Reinigung zu ermöglichen. Feuchtigkeit kann ebenfalls ein Problem darstellen, da sie zu Korrosion führen kann. Hier bieten sich Oberflächenbehandlungen wie Pulverbeschichtungen oder Eloxierungen an, um den Kühlkörper vor Oxidation zu schützen. Je nach den spezifischen Bedingungen vor Ort muss die Konstruktion und Oberflächenbehandlung entsprechend angepasst werden, um den Einfluss von Staub und Feuchtigkeit zu minimieren. 

Welche Vorteile bieten extrudierte Kühlkörper, kaltfließgepresste Kühlkörper oder Aluminium-Druckguss-Kühlkörper im Einsatz in landwirtschaftlichen Maschinen? 

Extrudierte und kaltfließgepresste Kühlkörper bieten klare Vorteile, wenn es um die effiziente Wärmeableitung in landwirtschaftlichen Maschinen geht. Beide verfügen über eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium-Druckguss-Kühlkörper. Das Aluminium Druckgussmaterial ist zwar auch sehr homogen, weißt aufgrund des Aluminium-Druckgussverfahrens aber Einschränkungen in der Wärmeleitfähigkeit auf. Hier ist unter anderem die Aluminiumlegierung und auch die Porosität des Material mit beeinflussend. Kaltfließgepresste Kühlkörper, oft mit sogenannten Pin-Finnen ausgestattet, ermöglichen besonders große Oberflächen, die eine effektive Wärmeabfuhr garantieren. Diese Kühlkörper sind daher ideal, wenn größere Wärmemengen abgeführt werden müssen, da die Wärme gleichmäßig verteilt und effizient an die Umgebung abgegeben wird. Extrudierte Kühlkörper sind die gängigste und kostengünstigste Lösung, bieten aber etwas weniger Effizienz als kaltfließgepresste Kühlkörper. Aluminium-Druckguss-Kühlkörper hingegen kommen vor allem in der Gehäusetechnik zum Einsatz, wo sie eine kombinierte Funktion als Gehäuse und Kühlkörper erfüllen, jedoch nur begrenzt zur Wärmeabfuhr beitragen können. Sie eignen sich eher für Anwendungen mit geringeren Wärmemengen, wie zum Beispiel in Anbausteuergeräten. 

Wie wird entschieden, ob eine Standardkühllösung ausreichend ist oder eine kundenspezifische Anpassung erforderlich ist? 

Dies hängt in der Regel von der Komplexität der Anforderungen ab. Standardlösungen, wie einfache Aufsteck-Kühlkörper mit Klammern, sind weit verbreitet und werden für grundlegende elektronische Bauteile angeboten. Diese finden sich in jedem Katalog und sind schnell verfügbar. In vielen Fällen reichen solche Lösungen jedoch nicht aus, insbesondere wenn spezifische Anforderungen an die Wärmeableitung gestellt werden. In solchen Fällen wenden sich Kunden gezielt an uns, weil sie mit Standardlösungen nicht weiterkommen. Dann beginnt der Prozess der kundenspezifischen Anpassung. Besonders in der Agrartechnik, wo die Stückzahlen geringer sind als beispielsweise in der Automobilindustrie, bieten wir maßgeschneiderte Lösungen an, die genau auf die jeweiligen Bedürfnisse zugeschnitten sind. Gemeinsam mit unseren Wertschöpfungspartnern entwickeln wir eine Lösung, die die spezifischen Anforderungen des Kunden erfüllt, sei es durch spezielle Kühlkörper, Kühlkörper mit Lüftern oder Heatpipe-Systeme. Dabei begleiten wir den gesamten Entwicklungsprozess, analysieren das Wärmemanagement und sorgen für eine optimale Anpassung an das jeweilige System. In den meisten Fällen, etwa 90-95 %, erarbeiten wir kundenspezifische Lösungen, die exakt auf die Bedürfnisse des Kunden abgestimmt sind. 

Welche Trends sehen Sie in der Zukunft der Kühllösungen für die Agrartechnik, insbesondere in Bezug auf die Elektrifizierung und Automatisierung in der Landwirtschaft? 

Wir sehen zwei wesentliche Trends, die eng mit der Elektrifizierung und Automatisierung verbunden sind. Im Bereich der Elektrifizierung von Antriebssträngen, wie sie von großen OEMs vorangetrieben wird, gibt es jedoch noch erhebliche Herausforderungen. Die hohen Leistungsanforderungen in der Landwirtschaft, insbesondere bei schweren Maschinen im Feldbetrieb, stellen die Elektrifizierung vor technische und praktische Hürden. Ein rein elektrischer Antrieb, etwa mit Batterien, könnte unter den anspruchsvollen Bedingungen, wie im Schlamm oder bei langen Arbeitszeiten, schnell an seine Grenzen stoßen. Das Konzept wird daher in naher Zukunft wahrscheinlich nicht umfassend umsetzbar sein, es sei denn, es gibt bedeutende Fortschritte in der Batterietechnologie. Anders sieht es bei der Automatisierung und Digitalisierung aus. Hier erwarten wir eine deutliche Zunahme von Telematik- und GPS-Systemen. Insbesondere die Anforderungen zur Nachverfolgung von Feldarbeiten und der Ernteprozesse, beispielsweise zur Beantragung von Subventionen, treiben diese Entwicklung voran. Auch Smart Farming und E-Agriculture werden eine immer größere Rolle spielen, insbesondere durch den verstärkten Einsatz von Sensoren. Diese Sensoren werden zunehmend zur Überwachung von Umweltbedingungen wie Bodenfeuchtigkeit, PH-Wert oder Sonneneinstrahlung genutzt, um die Landwirtschaft noch präziser und effizienter zu gestalten. All diese Technologien führen zu einem steigenden Bedarf an robusten und effizienten Kühllösungen. 

Gibt es auch Trends in Sachen Materialentwicklung für Kühlkörper? 

Hier gibt es einige interessante Entwicklungen und Trends. Traditionell arbeiten wir viel mit Extrusions- und kaltfließgepressten Kühlkörpern, die zwar gute Wärmeleitfähigkeiten bieten, aber gestalterisch begrenzt sind. Komplexe Geometrien können durch Nachfräsen erzeugt werden, was jedoch die Produktionskosten erhöht. Der Druckguss ermöglicht zwar komplexere Formen, ist jedoch aufgrund der benötigten teuren Werkzeuge kostspielig. Ein vielversprechender Trend könnte die Entwicklung von wärmeleitfähigen Kunststoffen sein. Diese Materialien bieten das Potenzial für leichtere, komplexere Kühlkörper gegenüber Aluminiumdruckguss, sind aber derzeit hinsichtlich ihrer Wärmeleitfähigkeit noch nicht auf dem Niveau von Metallen. Dennoch könnte hier in Zukunft weiteres Potenzial entstehen, insbesondere wenn die Technologie weiter ausgereift ist. Darüber hinaus sehen wir auch Fortschritte bei Bi-Metall- oder Materialkombinationen. Beispielsweise können wir bei Anwendungen, die besonders starke Wärmequellen haben, Kupferkerne verwenden, um die Wärme schnell zu verteilen. Auch der Einsatz von Heatpipes ist eine bewährte Methode, um die Wärmeabfuhr zu optimieren. Diese Ansätze, in Zusammenarbeit mit fortschrittlichen Wertschöpfungspartnern, bieten uns die Möglichkeit, innovative und leistungsfähige Kühllösungen zu entwickeln, die genau auf die spezifischen Bedürfnisse unserer Kunden zugeschnitten sind.