Isolierung Wärmestrahlung und Akku-Spannung

Moin Leute,

ich habe zwei Fragen. Die erste handelt über das Gefahrenpotential einer typischen dünnen Rettungsdecke für mein Gehäuse, welche ich im Inneren zugeschnitten als Wärmestrahlungsschutz verwende (geht um eine Tieftemperatur Anwendung und ist daher ein Teil der restlichen Isolierung). Typisch bei diesen Einweg Rettungsdecken ist, dass diese dünn mit Al beschichtet sind. Muss ich mir da jetzt trotz der niedrigen Spannungen meines Arduino Nano, welches mit 2x 9V (parallel) Batterien versorgt wird, Sorgen machen, da dieses auf und umgeben von der Al-Schicht ist?

Die zweite Frage befasst sich mit Akkus anstelle von Batterien. Typischerweise wird die Nennspannung von 3,6-3,7V angegeben und ich wollte gerne 3x 18650 in einer 3S1P schalten. Muss ich mir da Sorge machen, weil ich ja zu Beginn 3x 4,2V habe und somit über die maximale VIN Spannung von 12 V komme? Komme ja erst im Laufe der Zeit unter die 12V und eine 2S1P hätte eine zu geringe Spannung.

Vielen Dank und beste Grüße!

Ich weiß nicht ob die Rettungsdecke elektrisch leitet. Bitte erklähre un was Du bauen willst.
Du willst die Elektronik warm halten?

Wärmestrahlungsschutz verwende (geht um eine Tieftemperatur Anwendung

Rettungsdecken werfen Wärmestrahlung wie ein Spiegel zurück. Wärmestrahlung geht vom wärmeren Körper zum kälteren Körper über. Darum verstehe ich Deine Frage nicht.

Der Werrt der Spannung (max 12,6V ist kein Problem.
Ein Einspeisen von Batterien direkt an Vin ist wenig sinnvoll weil je nach Spannung (3x4,2V = 12,6V) fast 2/3 als Wärme verpufft. Bei Batteribetrieb sollte man Dc/Dc Wandler verwenden um die Batteriespannung auf die Versorgungsspannung der Elektronik zu bringen.

Grüße Uwe

Hallo Uwe, danke für deine schnelle Antwort.

Ich baue ein Temperaturmessgerät welches bei Umgebungstemperaturen von -80°C arbeitet. Die Elektronik muss mindestens auf -40°C gehalten werden im Gerät selbst. Dies geschieht durch eine kleine Heizplatte die auch an den 9V Batterien geschaltet ist, daher ist es auch gar nicht so schlimm das ein großer Teil als Wärme verpufft, da ich das Gerät eh versuchen muss von innen bei den -40°C zu halten. Von innen nach außen: Arduino mit Thermosensoren etc., Rettungsdecke mit Al Beschichtung nach innen ausgerichtet um Wärmestrahlung zu halten, dann Isolierung, dann Gehäusewand. Das Arduino und die Batterien liegen direkt auf der "Rettungsdecke", sind also fast ummantelt von dieser, wegen des geringen Bauraums. Ich habe jetzt Angst, dass da iwie ein Kurzschluss oder was auch immer entstehen kann? Alternativ könnte ich auch irgendeine weitere Folie nehmen, habe aber keine Ahnung was so dünn und flexibel ist wie eine Rettungsdecke. Hast du einen Link für so einen DC/DC- Wandler, wie wird sowas angebaut?

Wenn sowieso eine dicke Isolierung nötig ist, kann man auf die Rettungsweste verzichten. Isoliermaterial für den Hausbau hat doch auch schon eine Alu-Schicht.

Der Arduino käme auch schon mit 4,2V oder 8,4V und damit mit 1-2 Batterien aus.

Warum muß die ganze Elektronik in die Kältekammer? Reicht es nicht, die Kabel zu den Sensoren nach außen zu führen und den Rest außerhalb zu erledigen? Oder wo kommen die -80°C her?

Da sehe ich schwarz.
Wenn Du 9V Alkali Blöcke (ca 550mAh) verwenden willst (ok es gibt auch 9V Lithium-Blöcke mit 1200mAh) sind diese sehr schnell leer.
Ich habe keine genauen Daten gefunden. Schau Dir mal das Datenblatt für eine Lithiumbatterie an: https://asset.re-in.de/add/160267/c1/-/en/000615510DS01/DA_Ultralife-U9VL-J-P-6LR61-9V-Block-Batterie-Lithium-1200-mAh-9V-1St..pdf an. Da ist auch eine Entladekurve bei -20°C enthalten. mit einer Entladekurve von 10mA hält die Batterie ca 120 h. Das wären 5 Tage; bei 2 Batterien 10 Tage. Die Batterie ist aber laut Datenblatt nur bis -20°C geeignet.
Ich glaube nicht daß Dein Projekt nur 10mA verbraucht.

Für Alkali Batterien hab ich gefunden: https://products.varta-microbattery.com/applications/mb_data/documents/data_sheets/DS4122.pdf 550mAh; ca 50 h bei 15mA Entladung; ca 14h bei 50mA Entladung; wobei aber ein Spannungsstabilisator mit Elektronik nicht einem Widerstand, der für die Messung verwendet wurde, gleichzusetzen ist, da bei einem Widerstand das Absinken der Spannung auch ein Absinken des Stroms zur Folge hat, während bei einem Spannungsstabilisator der Strom bis zu einer gewissen Mindestspannung konstant bleibt, also größer ist als bei der angegebenen Spezifikation.

Wieviel Strom braucht Dein Projekt?

Zur Isolierung: Alle spitzen Teile wie zB Füßchen abschleifen und dann mit einem Schrumpfschlauch für Batterien einschrunpfen.

Grüße Uwe

Mit einer Wärmedämmung die aussen angebracht wird wirst du viel weniger Wärme vom Gehäuse abstrahlen.
Falls Wärmestrahlung abstrahlen für die Experimente eh ungünstig ist würde ich diesen Weg gehen.
Wenn du deine Elektronik 20cm dick in PUR-Dämmung mit Wärmeleitfähigkeitkeit 0,025 W/mK einpackst
wird es ganz ohne Heizung Stunden dauern bis das innere auf -40°C abgekühlt ist.

Wenn das ein Platzproblem sein sollte. selbst 1 cm PUR-Dämmung wird schon viel mehr bringen als diese Alufolie.
Du hast neben Wärmestrahlung auch noch Wärmeleitung

Gegen die Wärmeleitung hilft so eine dünne Alufolie wirklich überhaupt nichts. Da hilft nur Wärmedämmung.
Mit einem Material das eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit hat
Styropor 0,040 W/mK PUR 0,025 W/mK Hochleistungs-PUR 0,022 W/mK

Edit: Selbstverständlich wird eine Metallfolie wenn sie die Unterseite der Platine berührt wo ja blanke Kontakte sind Kurzschlüsse verursachen!

Welchen Arduino benutzt du denn? Wie viele Sensoren müssen auf welche Art und Weise angeschlossen werden?
Je mach dem wie das ist kann man unter Umständen einen Microcontroller in Briefmarkengröße nehmen.

viele Grüße Stefan

Vielen Dank euch allen, ich antworte mal mit diesem Post auf eure Rückmeldungen :slight_smile:

@DRDiettrich:

ich benutze Isoliermaterial für den Hausbau, genauer ein Aerogel, welches unbeschichtet ist und vom Material Glasfaserähnlich mit einem Granulat behaftet ist (etwas staubig -> deswegen wickle ich diese Isolierung in die Rettungsdecke ein). Das ist auch bisher nur das einzige Problem, weiß nicht ob das beschichtete Alu ein Problem darstellt. Sicher mit 4,2V? Habe gehört das die Eingangsspannung zwischen 7 und 12V gehalten werden muss, weiß nicht was noch im Toleranzbereich liegen würde...

Es handelt sich um eine Biobank (-80°C), dort werden Zellen gelagert in einer Universitätsklinik, deswegen kann nichts außerhalb gelagert werden. (außer man betreibt die Technik über Funk)

@uwefed:
mein Projekt läuft auf ca. 300mA durch die Komponenten (Hauptanteil ist die Heizungseinrichtung (250mA); diese schaltet aber erst später dazu, wenn die Temp gesunken ist). Das Gerät funktioniert und ist nicht für die Langzeitlagerung vorgesehen (höchstens für 1-2 Stunden). Tieftemperatur-Batterien werden benutzt die 1200mAh haben (ANS LI 9V: Lithium Batterie, 9-V-Block, 1200 mAh, 1er-Pack bei reichelt elektronik) da parallel also 2400mAh. Problem ist die Nachhaltigkeit! Funktionieren tut es, aber ein Akku wäre eben besser (laufende Kosten, habe auch schon 18650 Akkus gefunden die bei -40°C arbeiten und 2900mAh und 3,6V haben (NITECORE NL1829RLTP 2900MAh USB Rechargeable 18650 Battery, Low Temperature & High Performance). Allerdings sind diese 70mm lang anstatt 65mm und passen nicht in einen genormten 3S1P-Batterieblock.

Okay das mit dem Einschrumpfen klingt gut, muss ich dann auch bei dem Arduino was mache, SD-Kartenslot, USB Aufladebuchse und die ganzen kleinen Löstellen? Ich meine, wenn die in Kontakt mit dem Al kommen?!

@StefanL38:
vielen Dank, tatsächlich habe ich ein Platzproblem (35mm x127mm x 85mm). Ich habe innen, vor der Alufolie, 10mm Aerogel an jeder Seite (0,015 W/K*m). Dies ist schon mit das beste Material was ich benutzen kann, besser wären Vakuumplatten, aber dies lässt sich kaum umsetzen. ICh brauch eben ein seeeehr dünnes Material zum abdichten der ISolierung, da bei kleinsten Berührungen der Dichtungsstaub freigesetzt wird -> deswegen diese dünne Rettungsdecke (+ netter Nebeneffekt mit der Wärmestrahlung).

Danke, das wollte ich hören. Ich muss irgendeine Lösung finden, um die Kurzschlussgefahr zu vermeiden. Hast du eine Idee, wie ich die AL-Beschichtung von der Elektronik wegkriege? Mit Tesafilm komplett überkleben, gibt es eine Folie die man vllt. drüber legen kann?

Ich benutze einen Nano, 3x Temperatursensoren, SD-Karte, Heizelemente.

@all vielen Dank schonmal!

Hallo,

bau doch alles in ein zusätzliches Kunststoffgehäuse , ob Du dann die Temperaturfühler ausserhalb dieses Gehäuses anordnest und die Anschlüsse vernünftig isolierst ist ein anderes Thema. Die Kabel führst Du dann in das Gehäuse rein. So kommst Du immer noch mal wieder an die Teile ran, ohne jedesmal den Schrumpfschlauch aufschneiden zu müssen.

Heinz

@ Rentner, vielen Dank hatte ich auch überlegt. Wäre sehr komplex was das neue Gehäuse angeht, aber durchaus möglich. Wäre sehr wackelig, aber ich überlege mir mal was für den 3D Druck...
Ich muss eh nach jeder Messung ran, um die SD-Karte entnehmen zu müssen, für die Messergebnisse...

(deleted)

Für das umgekehrte Problem (Temperaturkurve in einer Lackierstraße) haben wir eine übergroße Thermosflasche verwendet, in der die Elektronik gewerkelt hat. Zusätzlich konnte der Innenraum vor dem Einsatz mit Preßluft abgekühlt werden, damit die Innentemperatur über die Meßzeit (60-90min) nich zu weit anstieg. Das sollte auch bei besonders kalter Umgebung funktionieren. Vorteil zudem: Glas staubt nicht so schnell.

ericson95:
Sicher mit 4,2V? Habe gehört das die Eingangsspannung zwischen 7 und 12V gehalten werden muss

Mit 4-5.5V kann man direkt auf einen 5V Arduino gehen, ganz ohne Spannungsregler. Mit 8MHz kommt man bis 1.8V herunter.

Die Maße müssen leider (maximal) wie oben eingehalten werden, da des Messgerät in einer Vorrichtung liegt, die vorgegeben ist... Aber trotzdem danke für den Tipp. Eine sehr banale Frage habe ich mir gerade für ein anderes Gerät gestellt: Wenn ich nur noch einen freien 5V und einen GND Anschluss habe, aber 2 Verbraucher, kann ich die Jumper-Kabel (sowohl GND als auch 5V Seite) der beiden Verbraucher einfach zusammen löten und neu verklemmen und dann mit dem Nano verbinden oder muss ich da noch iwas beachten? (Wäre das erste Mal, das ich das mache...hoffe es reicht platztechnisch bei den recht kleinen Jumper-Steckern)