Den stora förändringen mellan den nya samt den befintliga utformningen av kylflänsarna är att på den nya utformningen är kylflänsarna parallella med långsida vilket resulterar i längre kylflänsar. Även måtten gällande avstånden mellan kylflänsarna samt kylflänsarnas tjocklek är mindre på den nya utformningen jämfört med den befintliga.
Vid den nya utformnigen är kylflänsarna mer optimalt utformade vilket medför att det blir en lägre maximaltemperatur över kylflänsarna, denna temperatur redovisas i tabell 5. I tabell 5 redovisas även vilken maximal temperatur som uppstår på kylklacken för respektive
utformning.
Tabell 5. Skillnaden i maximal kylfläns- samt
kylklacks temperatur beroende på vilken utformning som används.
Max temperatur på kylflänsarna Max temperatur på kylklacken
Dagens utformning 123,5°C 127°C
Nya utformningen 112°C 116°C
Effekten som drivstegen kan avge är större på den nya utformningen då kylflänsarna är mer optimalt konstruerade. Skillnaden mellan dessa visas i tabell 6. Fördelarna med den nya utformningen på kylflänsarna är att de klarar av att föra bort en större mängd värme. Det betyder att drivstegen kan avge mer effekt utan att de blir överhettade på den nya
utformningen.
Tabell 6. Maximal effekt som kan ledas iväg beroende på utformning Max effekt som kan ledas
iväg av kylflänsarna
Dagens utformning 30 W
22
4.2 Fortsatt arbete
Under detta arbete har beräkningarna samt de olika antagandena varit väldigt förenklade samt på grundläggande nivå. Det som skulle kunna genomföras i ett fortsatt arbete är att gå in mer på djupet på de olika komponenterna och använda mer exakta värden som är experimentellt framtagna för just detta fall.
För att ta den termiska simuleringen till en högre nivå skulle det behövas en programvara som kan simulera ett luftflöde över kylflänsarna. Den programvaran som har använts under detta examensarbete har visat hur värmen beter sig vid en stillastående omgivningsluft, men inte på ett tillfredsställande sätt visat hur värmen beter sig vid olika luftflöden. Genom att använda en programvara som kan simulera luftflöden kan en korrektare utformning tas fram. Framför allt kan en utformning tas fram för hur kylflänsarna skall se ut om det är ett speciellt luftflöde över kylflänsarna.
Den sista pusselbiten i ett fortsatt arbete skulle vara att genomföra riktiga tester i ett värmeskåp med en riktigt tillverkade ECU enhet av den nya utformningen.
23
5 Slutsatser
Den nya utformningen för ECU enheten som har tagits fram uppnår de olika kraven som anges i kravspecifikationen, se bilaga 2. De varma punkterna som uppstår i ECU enheten har
lokaliserats genom de termiska simuleringarna som har genomförts. Utifrån kunskaperna om de olika varma punktern har en ny utformning av ECU enhetens kylflänsar tagits fram.
Resultatet från detta examensarbete är att en nya bättre kylflänsutformning har tagits fram för ECU enheten. Den nya konstruktionen av kylflänsarna är mer optimalt utformad och detta betyder att det blir en lägre temperatur över kylflänsarna, temperaturen blir även mer homogen över kylflänsarna. Då kylflänsarna är mer optimalt utformade på den nya
utformningen ger detta också att en högre effekt kan avges från drivstegen jämfört med den utformningen som används idag.
Att genomföra termiska simuleringar ger en bra och relativt enkle bild av hur värmen kommer påverka objektet som simuleras. Simuleringar som genomförs i data program är kända att ge bilder med fina färger, vilket kan leda till att konstruktören litar för mycket på bilderna. Så min rekommendation är att inte enbart lita på de simulerade resultaten utan även utföra riktiga fysiska tester av de produkter som har simulerats.
Den programvara som har använts under simuleringarna i detta examensarbete anser jag är en programvara som kan användas i framtida projekt. Programet kan användas som en sållnings verktyg som används för att få bort dåliga idéer och lösningar utan att behöva genomföra fullskaliga fysiska tester.
24
Tackord
Jag vill tacka följande personer som har hjälpt mig under examensarbetet. Hans Löfgren Handledare på Karlstads Universitet
Magnus Edman Uppdragsgivare/Handledare Prevas Karlskoga
Torbjörn Blad System Architect, för hjälpen med termiska simuleringar
Ett stort tack till de anställda på Prevas Development i Karlskoga för en trevlig och lärorik tid under examensarbetet.
25
Referenser
1. Mikael Eriksson, Joakim Lilliesköld, Handbok för mindre projekt. Liber. 2012
2. Karl Björk, Formler och tabeller för mekanisk konstruktion. Karl Björk förlag HB; sjätte upplagan
3. Johannesson, H. & Persson, J-G. & Pettersson, D. (2004). Produktutveckling: effektiva
metoder för konstruktion och design. Stockholm: Liber AB. s. 106-240.
4. Yunus A, Cengel, Heat and mass transfer a practical approach. McGraw-Hill; 3rd edition 2006
5. The Bergquist Company(2014). Gap pad 2200SF [Elektronisk]. Tillgänglig:
http://www.bergquistcompany.com/thermal_materials/gap_pad/gap-pad-2200SF.htm[2014-04-04].
6. Digi-key corporation (2014). DRIVSTEG AUIRFS4610 [Elektronisk]. Tillgänglig:
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/auirfb4610.pdf [2014-04-04]. 7. Digi-key corporation (2014). DRIVSTEG AUIRFS4905 [Elektronisk]. Tillgänglig
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/auirf4905.pdf [2014-04-05] 8. Air properties. [Elektroniks]. Tillgänglig
http://www.engineeringtoolbox.com/air-properties-d_156.html
A
Bilaga 1: Materialdata
Komponent/del Yttreskal Kretskort Gad-Pad 2200SF
Material Aluminium ss 4212 IPC-4101B/124 Polymer
Densitet (kg/cm^3) 2,70E-03 1,35E-03 0.0028
Specifik värmekapacitet (mm^2/s^2
C) 9,10E+08 6,00E+08 1,00E+09
värmeledningsförmåga (W/m C) 170 0,25 2 Komponent/del Luft (85°C) DRIVSTEG AUIRFS4610 DRIVSTEG AUIRFS4905 Skal med koppar
Material O2 Kisel Kisel Cu
Densitet (kg/cm^3) 1,00E-06 2,33E-03 2,33E-03 8,21E-03
Specifik värmekapacitet (mm^2/s^2 C) 1,005E+09 7,85E-08 7,85E-08 3.77E+08
värmeledningsförmåga (W/m C) 0.0299 105 105 121
Drivsteg enhet Drivsteg 1 Drivsteg 2
B
Bilaga 2: Kravspecifikation
Kriterie Krav/Önskemål 1-5 Omformulering
Termiskanalys (FEM-analys) K Simulera värmepåverkan
Hitta hot-spots K Analysera fram varmaste punkterna
Prototyp K Framställa prototyp (ej fungerande)
Komponentdata K Inputs till komponenter (effekter m.m.)
Materialdata K Hitta rätt materialdata till komponenter,
Företagsrapport K Framtagning av hemlig rapport, även en offentlig Konstruktion av fläns Ö3 Förbättring av flänsutformning
konstruktion värmeövergång Ö3 Maximera temperaturövergång mellan fläns och kretskort
jämn värmepåverkan Ö3 Homogen temperatur över fläns
C