Industrielle Wasserkühlung für IBV-Komponenten

Industrielle Wasserkühlung

Eine Kamera muss im zulässigen Temperaturbereich von üblicherweise 0 bis 50°C gehalten werden. Die meisten Hersteller spezifizieren diesen Bereich als ‚Betriebstemperatur‘. Dies bedeutet in der Regel nicht die Umgebungs- sondern die Kameratemperatur. Einige Modelle erreichen ihre Grenze allerdings bereits bei 25°C, sodass im Sommer schon passive oder aktive Kühlung erforderlich ist.

Wenn zu erhöhten Umgebungstemperaturen auch noch industrielle Prozesswärme auf die Kamera einwirkt, reicht in der Regel eine passive Kamerakühlung nicht mehr aus. Beispiele hierfür sind z.B. die Qualitätskontrolle von glühenden Stahlbrammen oder visuelle Inspektionsaufgaben in Klimaschränken. Im industriellen Umfeld bieten sich zwei Methoden zur Kamerakühlung an – mit Hilfe von Druckluft oder Wasserkühlung. Ein Druckluftnetz ist in der Regel vorhanden und der Pneumatikanschluss des Gehäuses leicht realisierbar. Problematisch ist jedoch, dass Drucklulftnetze meist Kondenswasser und Öl enthalten, welches sich nur bedingt und mit hohem Aufwand restlos aus der Luft herausfiltern lässt. Die stetige ‚Verölung‘ der Kameras hat daher zwangsläufig Wartungseinsätze zur Folge. Mit Hilfe von Wasserkühlsystemen lässt sich Wärme sehr effektiv auch über größere Entfernungen abführen. Ist kein Kühlwasser am Einsatzort vorhanden, wird mit Hilfe eines Wärmetauschers am Schutzgehäuse und einer Rückkühleinheit ein geschlossener Kühlkreislauf realisiert, der wie bei einem Kfz-Motor funktioniert. Durch eine optimale Wärmekopplung der Kamera an das Gehäuse kann die Hitze mit Hilfe einer Wasserkühlplatte durch die Gehäusewand abgeführt werden. Hierdurch wird ein Wasserkreislauf im Inneren des Schutzgehäuses vermieden. Die Systeme sind bis auf ein gelegentliches Überprüfen des Füllstandes nahezu wartungsfrei.

Wärmegedämmte Umgehäuse

Höhere Umgebungstemperaturen sind durch Einsatz eines zusätzlichen, wärmegedämmten Umgehäuses möglich. Die Wasserschläuche kühlen hierbei auch die Kamerakabel innerhalb eines Schutzschlauchsystems. Der Einsatz eines IR-Spiegels als Frontscheibe kann zudem die in das Gehäuse eingetragene Wärmestrahlung vermindern. Die Rückkühleinheit wird in einem Bereich mit Zimmertemperatur aufgestellt. Da die Radiator-Einheit das Kühlwasser seiner Umgebungstemperatur annähert, funktioniert die Wasserkühlung automatisch auch als Heizung, wenn die Umgebungstemperatur des Kameragehäuses unterhalb der Temperatur der Rückkühleinheit liegt. Diese Betriebsweise ist ideal für den Einsatz in Klimakammern bei wechselnden Temperaturen. So können Kamerasysteme im Temperaturbereich von -50 bis +200°C betrieben werden. Die Rückkühleinheit hat drei Sicherheitsüberwachungseinrichtungen, die zu einem Alarm-Ausgang verbunden sind. Kameras bis 10W Leistungsaufnahme können somit direkt abgeschaltet werden, sollte die Kameratemperatur über 50°C ansteigen oder ein Wasserschlauch abgeknickt werden. Bild 3 zeigt die Temperatur einer Kamera und eines Laser in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur unter folgenden Testbedingungen (Kamera: Basler acA 640-100g; Laser: Z-Laser Z10M18B-F-532-lg90): -Natürliche Konvektion (keine Luftbewegung in der Klimakammer), -Umgebungstemperatur der Kühleinheit: 25°C, -Schlauchlänge: 2x5m, -Gehäuse und Wasser-Kühleinheit bei etwa gleicher Höhe, -Kameragehäuse thermisch von der Klimaprüfkammer isoliert. Die Effizienz der Kühlmodule wurde während eines Forschungsprojektes mit der FH Karlsruhe im Jahr 2014 um 25% gesteigert. Dies bedeutet, dass die Kamera unter den Testbedingungen bei hohen Temperaturen mehr als 5°C kühler und bei niedrigeren um den gleichen Betrag wärmer war. Längere Wasserschläuche, die Anzahl der Biegungen und die entsprechenden Kurvenradien reduzieren den Volumenstrom der Pumpe. Dadurch erhöht sich die Kameratemperatur um wenige Grad. Der Schlauch sollte immer so gerade wie möglich verlaufen. In der Regel können mehrere Kameragehäuse, in Reihe geschaltet, an einem Kühlgerät verwendet werden. Auch Laser-Triangulationssysteme lassen sich effektiv kühlen: Da das Laserkühlmodul mit einem geringeren Volumenstrom des Kühlwassers auskommt, wird hier ein paralleler Kühlwasserkreislauf aufgebaut.