I 2022 flyver chefingeniør i Grundfos John Jacobsen til Singapore med et stort spørgsmål i bagagen: Hvorfor var flere af pumperne, som sikrer afkøling i store kontortårne i Asien, holdt op med at virke et til to år efter installation?
Pumperne indgår i det, man kalder for et ’distributed pumping system’, og i Europa har de samme pumper i årtier sørget for cirkulation af varmt vand og derved opvarmning af et utal af bygninger. Med ’distributed pumping’ sikrer pumperne, at den præcise mængde vand distribueres på alle etagerne i en bygning, og derved undgår man energispild ved f.eks. at opvarme og distribuere mere vand, end der er brug for.
Det samme princip bruges til afkøling af bygninger, hvor pumperne distribuerer køligt vand i stedet for varmt vand. I 2019 leverede Grundfos de første pumper, der skulle indgå i systemer til afkøling af kontorbygninger i bl.a. Singapore og Hanoi.
”Der er ingen vedligehold med vores pumper. Vi har integreret motor og pumpe i det, man kalder en vådløber, og det betyder, at man ikke behøver at renovere eller udskifte lejerne. De kan i teorien holde uendeligt,” siger John Jacobsen.
Så hvorfor var et markant antal pumper uvirksomme kun få år efter installation i Asien?
En kortsluttet diode
Da John Jacobsen fløj retur til Danmark, medbragte han nogle af de pumper, der var holdt op med at virke. Nu skulle opklaringsarbejdet i gang.
Hos Grundfos fandt man frem til den komponent, der var fejlet i pumpen: en diode, som var kortsluttet. Dioder er små elektroniske komponenter, der bl.a. kan bruges til at ensrette strømmen. De kortsluttede dioder sad i strømforsyningen til pumpernes styreelektronik.
Grundfos delte deres opdagelse med den asiatiske leverandør af dioderne, som tog sagen meget alvorligt og derfor begyndte at undersøge de fejlede dioder nøje. De fandt ud af, at kortslutningerne skyldtes en elektrokemisk migration af noget materiale inde i dioden. Det vil sige, at noget materiale har kunnet ’vandre’, fordi det har været udsat for en kombination af fugt og et elektrisk felt.
”Vi havde brug for mere viden for at forstå fuldt ud, hvad der var sket med dioden, og hvilket materiale der var migreret, så vi kunne forebygge lignende hændelser i fremtiden. Vi havde brug for mere dokumentation,” siger John Jacobsen.
Dette fik John Jacobsen til at kontakte Rajan Ambat, som er professor på DTU Construct og leder af Center for Electronic Corrosion (CELCORR). De to har samarbejdet siden 2011 i konsortiet CreCon, som Rajan Ambat har etableret. CreCon samler adskillige danske og internationale virksomheder og DTU’s fageksperter inden for emnet korrosion i elektronik. Ud over at få adgang til den nyeste viden og de fremmeste eksperter inden for korrosion kan virksomhederne også bede om hjælp fra DTU-forskerne, når der er mistanke om korrosion i et stykke elektronik.
Flere problemer med korrosion
Korrosion er uønsket nedbrydning af metaller og legeringer. De fleste af os kender korrosion som rust, som ofte blot er et synligt fænomen på overflader og noget, der kun ændrer overfladens udseende. Men der er mere på spil, når fænomenet opstår inde i elektronik.
”Når korrosion finder sted i elektronik, så kan den fejle i løbet af et splitsekund. Så hvad enten elektronikken befinder sig i en vindmølle, en solcelle, en elektrisk bil, en mobiltelefon eller en bærbar computer, så risikerer man, at produktet øjeblikkeligt holder op med at virke. Det kan gå virkelig hurtigt – nogle gange helt ned til 30-60 minutter, fra korrosionen opstår, til elektronikken fejler,” siger Rajan Ambat.
Professoren fortæller, at korrosion i elektronik er et stigende problem. Flere forhold driver denne opadgående tendens:
”Vi integrerer elektronik i stadig flere produkter, og de udsættes for meget forskellige forhold. Tænk bare på havvindmøller og solceller, der begge indeholder elektronik, men det er meget forskellige vejrforhold, de bliver udsat for. Samtidig er stigende luftfugtighed også en faktor, der udfordrer elektronikken, og i byerne har vi stigende udfordringer med forurening med bl.a. svovl- og kvælstofoxid-gasser fra biltrafikken, som også kan lejre sig i elektroniske komponenter og forårsage korrosion. Derudover bliver elektronikkens komponenter konstant mindre og mindre, og jo kortere afstande der er mellem elektriske kredsløb, jo mindre fugt eller materiale skal der til for at skabe uønskede forbindelser, som fører til kortslutninger,” forklarer Rajan Ambat.
Så hvilke af disse faktorer var på spil i dioderne inden i pumperne i Asien?
Den vigtige historik
Det første, Rajan Ambat og kollegerne altid gør, når de skal hjælpe en virksomhed, er at mødes med dem for at få en detaljeret overlevering af omstændighederne omkring en problemstilling. Dette var også tilfældet, da de modtog henvendelsen fra John Jacobsen fra Grundfos.
”Det er meget vigtigt for os at forstå den fejlede komponents historik og kende til alle de øvrige faktorer: Hvor indgår komponenten, hvordan bliver den brugt, og hvor længe har den været i brug? Grundfos er meget omhyggelige med at dokumentere den slags. De informationer hjælper os med at opstille hypoteser om, hvad der kan være årsagen til, at fejlen er opstået, og vi kan diskutere, hvilke metoder vi skal bruge for at undersøge komponenten og finde dokumentation, der kan bekræfte vores hypoteser,” siger Rajan Ambat.
Efter mødet med Grundfos fik Rajan Ambat og kollegerne tilsendt nogle af de dioder, der var fejlet, og gik i laboratoriet for at undersøge dem nærmere.
”Vores undersøgelser er baseret på vores viden om materialer. Når korrosion finder sted, så handler det altid om materialer. Der er sket en påvirkning, som har fået materialerne, der indgår i elektronikken, til at opføre sig på en uønsket måde,” siger Rajan Ambat.
Da den fejlbehæftede diode fra Grundfos’ pumpe var helt indstøbt i det beskyttende materiale epoxy, måtte forskerne i første omgang forsøge at fjerne dette materiale ved hjælp af kemikalier, der kunne opløse det. Uheldigvis gik det ud over selve dioden, så den ikke var egnet til analysen.
”Det fik os til at overveje, om der var en anden og nondestruktiv måde at undersøge dioden på,” siger Rajan Ambat.
