Viele Unternehmen wenden sich mit demselben frustrierenden Problem an uns: Ihre Touchscreens für den Außenbereich, die für extreme Temperaturbereiche von -30°C bis +70°C ausgelegt sind, fallen weit vor ihrer erwarteten Lebensdauer aus. Diese Bildschirme, die für eine lange Lebensdauer bei starker Sonneneinstrahlung, schwankenden Temperaturen und sogar Frost ausgelegt sind, versagen oft auf eine Art und Weise, die sowohl die Betreiber als auch die Entwickler überrascht, was zu teurem Ersatz, Problemen bei der Wartung und Unzufriedenheit der Kunden führt.
Durch unsere jahrelange Arbeit mit Außenanwendungen haben wir die häufigsten Gründe für das Versagen dieser Bildschirme identifiziert und wissen, dass sie oft auf einem Missverständnis dessen beruhen, was "für den Außeneinsatz geeignet" wirklich bedeutet. Von den Einschränkungen der natürlichen Kühlung bis hin zu den oft irreführenden Ergebnissen von Klimakammertests - die Hürden beim Betrieb eines Touchscreens im Freien gehen weit über die ursprünglichen Spezifikationen hinaus. In diesem Beitrag gehen wir auf die Hauptgründe für das Scheitern von Bildschirmen für den Außenbereich ein und zeigen, wie ein sachkundiger Ansatz bei Kühlung, Tests und Umweltbewusstsein den Unterschied ausmachen kann.
Die Grenzen der passiven Kühlung
Warum passive Kühlung oft nicht ausreicht
Passive Kühlung oder natürliche Konvektion ist eine Methode zur Wärmeableitung ohne den Einsatz mechanischer Lüfter oder anderer aktiver Komponenten. Bei diesem Ansatz wird der natürliche Luftstrom über die Oberfläche des Geräts genutzt, um die Wärme an die Umgebung abzugeben. Diese Methode funktioniert zwar unter bestimmten Bedingungen, ist aber von Natur aus nur begrenzt geeignet, um hohe Wärmelasten zu bewältigen, insbesondere in Außenbereichen mit extremer Hitze und starker Sonneneinstrahlung.
In Umgebungen, in denen sich die Umgebungstemperaturen um die 50°C (122°F) bewegen, kann ein 15,6" Touchscreen-Monitor mit passiver Kühlung allein nur etwa 30 Watt Wärme abführen, wenn ein optimierter, konvektionsfreundlicher Kühlkörper auf der Rückseite des Geräts verwendet wird. Diese Zahl stammt aus einer Analyse nach der Finite-Elemente-Methode (FEM), die simuliert, wie effizient die Wärme unter diesen Bedingungen abgeleitet werden kann. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass diese Berechnungen die zusätzliche Wärmebelastung durch die direkte Sonneneinstrahlung nicht berücksichtigen. Ohne eine zusätzliche aktive Kühlung können Bildschirme für den Außenbereich, die ausschließlich auf eine passive Kühlung angewiesen sind, schnell die zulässigen Betriebstemperaturen überschreiten, was zu Fehlfunktionen des Bildschirms, einer geringeren Lebensdauer oder einem Totalausfall führen kann.
Der Einfluss der Sonneneinstrahlung auf die passive Kühlung
Zusätzlich zu den hohen Umgebungstemperaturen werden Bildschirme für den Außenbereich auch durch die Sonneneinstrahlung, d.h. die von der direkten Sonneneinstrahlung absorbierte Wärme, beeinflusst. Die Sonneneinstrahlung kann eine erhebliche thermische Belastung darstellen, insbesondere bei Geräten, die für den Dauereinsatz im Freien konzipiert sind. Um das Ausmaß dieser Auswirkung zu veranschaulichen, lassen Sie uns die Sonneneinstrahlung auf einen 15,6-Zoll-Touchscreen bei voller Sonneneinstrahlung untersuchen.
Berechnung der Solarlast für einen 15,6" Bildschirm
Fläche 15,6" Außenmonitor: 0,0669 (m)2)
Solarlast Sonnenlicht: 1000 (Watt)/(m2)
15,6-Zoll-Bildschirm Sonneneinstrahlung: 0,0669 m2 x 1.000 W/m2 = 66,9 Watt
Dieses Ergebnis zeigt, dass ein 15,6-Zoll-Bildschirm bis zu 66,9 Watt zusätzliche Wärme aufnehmen kann, wenn er direktem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Wenn die Umgebungstemperaturen bereits bei 50°C (122°F) liegen, treibt diese zusätzliche Sonneneinstrahlung die interne Temperatur des Bildschirms weit über den typischen LCD-Betriebsbereich von 70-80°C (158-176°F) hinaus. Folglich ist die passive Kühlung allein unzureichend, und die Geräte überschreiten häufig ihre thermischen Grenzen, was zu häufiger Überhitzung und frühzeitigem Ausfall des Geräts führt.
Warum Klimakammertests die Bedingungen in der realen Welt nicht abbilden
Einschränkungen der Klimakammer-Tests
Klimakammertests sind ein Standardverfahren in der Industrie, um extreme Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen zu simulieren. Diese Tests beruhen jedoch häufig auf einem kontrollierten, erzwungenen Luftstrom in der Kammer, der die Bedingungen im Freien nicht genau nachbildet. Der erzwungene Luftstrom trägt zur Stabilisierung der Temperatur bei, indem er die Wärmeableitung künstlich verbessert, was zu Testergebnissen führt, die günstiger erscheinen als die, die ein Gerät im Freien erfahren würde.
Diese Diskrepanz ist kritisch: In einer echten Außenumgebung sind Touchscreens zur Kühlung vollständig auf natürliche Konvektion angewiesen, die die Wärme nicht so effizient ableiten kann wie ein erzwungener Luftstrom. Daher können Bildschirme, die die Klimakammertests bestehen, unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen immer noch Probleme haben, ihre Leistung aufrechtzuerhalten, insbesondere in Umgebungen mit starker Sonneneinstrahlung und hohen Umgebungstemperaturen.
Tests für die reale Anwendung
Tests für Außenanwendungen sollten immer Bedingungen umfassen, die dem realen Szenario entsprechen. Für Touchscreens im Freien bedeutet dies, dass Umgebungen mit hohen Temperaturen und ohne Luftzufuhr simuliert werden müssen. Außerdem sollten die Tests bei eingeschaltetem Gerät durchgeführt werden, anstatt sich nur auf die Lagerbedingungen zu konzentrieren. Nur durch die Simulation der betrieblichen Wärmebelastung können die Hersteller genau einschätzen, ob ein Bildschirm einer dauerhaften Nutzung im Freien standhalten kann.
Lücken im Bewusstsein für Umwelttests
Unzureichende Testmethoden in der Industrie
Viele Hersteller übersehen die Bedeutung strenger Umwelttests unter realen Bedingungen. Sie führen die Tests häufig bei ausgeschalteten Geräten oder in idealisierten Laborumgebungen durch. Diese Tests können zwar Daten über die Haltbarkeit der Geräte liefern, spiegeln aber nicht die betriebliche Belastbarkeit wider - die eigentliche Determinante für die Zuverlässigkeit von Touchscreens im Freien.
Die Sonneneinstrahlung ist im Vergleich zur Wärmeentwicklung der LCD-Hintergrundbeleuchtung enorm
Die Sonnenbelastung durch die Sonne ist enorm und wird von den meisten Herstellern nicht berücksichtigt. Wenn Sie einen 30-Watt-Monitor in eine Klimakammer mit Zwangsbelüftung stellen, spiegelt das einfach nicht die Realität wider.
Die Stromversorgung des Geräts ist obligatorisch
Ohne Stromversorgungs-Tests in hitzeintensiven Szenarien riskieren die Hersteller, Bildschirme auf den Markt zu bringen, die den tatsächlichen Bedingungen, für die sie vermarktet werden, nicht standhalten. Im Laufe der Zeit können diese Lücken in den Tests dazu führen, dass Bildschirme beim Einsatz im Freien unerwartet ausfallen, was das Vertrauen der Kunden untergräbt und zu höheren Wartungskosten führt.
Wenn ein Touchscreen aktiv eingeschaltet ist, erzeugt er zusätzlich zur Umgebungswärme durch Sonneneinstrahlung und hohe Umgebungstemperaturen seine eigene Wärme. Durch das Testen im eingeschalteten Zustand wird sichergestellt, dass die internen Komponenten des Bildschirms der kumulativen Wärmebelastung standhalten können, was ein realistisches Maß für die Haltbarkeit des Geräts darstellt. Wenn Sie diesen Schritt übersehen, führt dies dazu, dass die Bildschirme die Tests zwar scheinbar bestehen, aber in der Praxis schlecht abschneiden.
Die Bedeutung der aktiven Kühlung für Outdoor-Bildschirme
Wie aktive Kühlung funktioniert
Im Gegensatz zur passiven Kühlung, die sich ausschließlich auf die natürliche Konvektion stützt, werden bei der aktiven Kühlung mechanische Methoden wie Ventilatoren eingesetzt, um Luft über die Kühlkörper des Geräts zu bewegen. Diese erzwungene Luftzirkulation erhöht die Wärmeableitung erheblich und trägt dazu bei, dass der Bildschirm auch bei großer Hitze und Sonneneinstrahlung eine stabile Innentemperatur behält.
Wärmeableitung durch Strahlung ist nicht viel
Wenn Sie die Wärmeabgabe durch Strahlung mit der Wärmeabgabe durch erzwungene Konvektion vergleichen, wird Ihnen einiges klar. In unserem Beispiel des 15,6" Touchscreens beträgt die Wärmeabgabe durch Strahlung nur 14 Watt im Vergleich zu 86 Watt bei erzwungener Konvektion. Bitte beachten Sie, dass diese Berechnung ein hochoptimiertes Kühlkörperkonzept beinhaltet. Was Sie normalerweise auf dem Markt sehen, ist ein geschlossener, schwarz pulverbeschichteter Stahlkasten. Dieser würde deutlich schlechter abschneiden. Was die meisten Leute bauen, ist im Grunde genommen ein Backofen. Um es noch besser zu veranschaulichen, stellen Sie sich eine 100-Watt-Glühbirne in einem winzigen Stahlkasten vor.
Für Touchscreens, die bei hohen Temperaturen oder direkter Sonneneinstrahlung betrieben werden, ist eine aktive Kühlung ein entscheidender Faktor für eine gleichbleibende Leistung. Ohne sie können selbst gut konzipierte Bildschirme unter Überhitzung leiden, insbesondere bei starker Sonneneinstrahlung und längerer Einwirkung hoher Umgebungstemperaturen.
Aktive Kühlung in realen Szenarien
Die aktive Kühlung hat sich bei der Aufrechterhaltung der Gerätestabilität in Umgebungen mit einer Temperatur von bis zu 50°C (122°F) und hoher Sonneneinstrahlung bewährt. Unter diesen Bedingungen würde die passive Kühlung nicht die erforderliche Wärmemenge ableiten, während aktive Kühlsysteme dazu beitragen, die Funktionalität des Bildschirms zu erhalten und seine Lebensdauer zu verlängern. In Regionen, in denen hohe Temperaturen und direkte Sonneneinstrahlung an der Tagesordnung sind, ist eine aktive Kühlung unerlässlich, um überhitzungsbedingte Ausfälle zu vermeiden und sicherzustellen, dass der Bildschirm über einen längeren Zeitraum zuverlässig funktioniert.
Die einfache Physik hinter Ausfällen von Outdoor-Bildschirmen
Grenzen der Wärmeableitung
Die thermischen Ausfälle von Touchscreens im Außenbereich beruhen auf grundlegenden physikalischen Prinzipien: Wenn die Wärmeentwicklung eines Geräts seine Fähigkeit zur Wärmeableitung übersteigt, steigt seine Innentemperatur weiter an. In Außenbereichen kann dieses Ungleichgewicht schnell auftreten, wenn die Sonneneinstrahlung und die Umgebungstemperaturen das Gerät über seine natürliche Kühlkapazität hinaus belasten.
Bildschirme, die ausschließlich auf passive Kühlung angewiesen sind, sind in Umgebungen mit hoher Hitze besonders anfällig. Wenn die Umgebungstemperatur und die Sonneneinstrahlung zu Bedingungen führen, bei denen die natürliche Konvektion unzureichend ist, ist eine Überhitzung unvermeidlich. Diese thermische Belastung beschleunigt den Abbau von Komponenten, was letztendlich zu Displayausfällen, verminderter Leistung und verkürzter Lebensdauer des Geräts führt.
Warum Interelectronix?
Wir arbeiten seit fast 25 Jahren in der Branche und kennen die Herausforderungen bei der Entwicklung zuverlässiger, langlebiger Touchscreens für den Außenbereich. Unser Team ist mit Außenanwendungen bestens vertraut und kennt die Grenzen und Anforderungen von passiven und aktiven Kühlungslösungen. Durch die Kombination von Praxistests mit fortschrittlichen Kühltechniken helfen wir unseren Kunden, Touchscreen-Systeme zu entwickeln, die auch unter extremen Bedingungen zuverlässig funktionieren.
Ganz gleich, ob Sie die Leistung bestehender Systeme verbessern oder neue Anwendungen für den Außenbereich entwickeln möchten, Interelectronix steht Ihnen bei jedem Schritt zur Seite. Mit unserer Erfahrung im Bereich Wärmemanagement und Umwelttests können wir Ihnen helfen, Bildschirme zu entwickeln, die den Anforderungen von Umgebungen mit hoher Hitze und starker Sonneneinstrahlung im Freien standhalten. Setzen Sie sich noch heute mit uns in Verbindung und lassen Sie uns gemeinsam dafür sorgen, dass Ihre Geräte eine dauerhafte Leistung erbringen und Ihre Kunden zufrieden sind.
