Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

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Moderator: T.Hoffmann

Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Do, 04.02.10, 13:28 (0 Bewertungen, 30 Sterne)

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Hallo zusammen!

Ja, das Dimensionieren von Kühlkörpern beschäftigt mich noch immer ... :lol:

Zur Frage:
Wenn ich http://www.leds.de/High-Power-LEDs/High-Power-LED-Zubehoer/Kuehlkoerper-fuer-Extreme-Lines.html und http://www.leds.de/High-Power-LEDs/High-Power-LED-Zubehoer/Kuehlkoerper-fuer-zwei-Extreme-Lines.htmlvergleiche, dann kann ich entweder 8 Crees oder 16 Crees draufmontieren ohne eine weitere Kühlung zu verwenden, richtig?

Bedeutet das dann im Gegenzug, wenn ich einen Kühlkörper mit denselben Maßen habe, dieser jedoch einen 0,14K/W hat, 3 Powerlines anschließen kann? Handelt es sich bei dem Verhälnis zwischen K/W und Anzahl Powerlines um eine quadratischen oder eher um eine logarithmischen Verlauf?
Ingo
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Do, 04.02.10, 14:01 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Hi
diese 2 Kühlkörper kann man schlecht mit einander vergleichen, da sie ja unterschiedlich aufgebaut sind.
aber wenn du die Kennlinie für den kleineren Kühlkörper findest, dann geht das.

Beim Großen ist ja eine dabei
Bild

Hier noch paar links:
heatsink calculation
Kühlkörper Rechner

Und die Formel:
Ptot = (tj - tu) / (RthJG + RthGK + RthK)

Ptot = Gesamtverlustleistung
tj = Sperrschichttemperatur
tu = Umgebungstemperatur
RthJG = Wärmewiderstand Sperrschicht/Gehäuse
RthGK = Wärmewiderstand Gehäuse/Kühlkörper (Isolierscheibe)
RthK = Wärmewiderstand Kühlkörper

MfG
Jay
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Jay
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Do, 04.02.10, 14:41 (0 Bewertungen, 0 Sterne)

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Servus Jay,

hast Du zufällig auch eine Seite wo ich noch eine Lüfter mit eingeben kann?

Und wie hoch ist der RthJG bei der XP-G? Sind das die 6K/W?
Zuletzt geändert von Ingo am Do, 04.02.10, 15:16, insgesamt 1-mal geändert.
Ingo
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Do, 04.02.10, 15:15 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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ich glaube die NASA hat so ein Rechner der das in Laborbedingungen berechnen kann. Ich kann nur sagen, ausprobieren. :wink:
Der Kühlkörper wird wohl mit Lüfter Kühler bleiben als ohne, aber der Wirkungsgrad den der Lüfter bringt ist so individuell das man den nicht (so einfach) berechnen kann.

zeig doch mal ein Bild von deinem KK

MfG
Jay
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Jay
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Do, 04.02.10, 15:25 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Im Anhang ist ein Bild drin.

Eigentlich wollte ich da 18 XP-G und 18 XR-E Royal Blau drauf montieren. Ich habe 2 unterschiedliche
Berechnungsmodelle. Das eine Modell sagt funktioniert, das andere Modell meint geht nicht. Vielleicht
nehm ich einfach nur die falschen Zahlen.
Dateianhänge
kuehler.jpg
kuehler.jpg (16.18 KIB) 2529-mal betrachtet
Ingo
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Do, 04.02.10, 15:57 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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ich habe mich selber mit Kühlkörpern nicht so tief beschäftigt das ich dir alles erklären kann, aber hier mal ne schön Detaillierte PDF wo sehr vieles steht über das was du brauchst. etwa ab Seite 7 wird es Interessant: http://imperia.mi-verlag.de/imperia/md/ ... ersion.pdf

da lese ich mal weiter

MfG
Jay
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Jay
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Do, 04.02.10, 17:20 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Ich habe bei Cree ein Thermal Managment PDF gefunden, danach habe ich alles ausgerechnet.
http://www.cree.com/products/pdf/XLampThermalManagement.pdf

Bei 18 ws und 18 bl erhalte ich:
Ptot = 3.3V*0.7A*18 + 3,5V*0.7A*18 = 85.9W
Rthj-sp = lt. Datenblatt 6 K/W
Tj = 150 C
Tu = 40 C
Rthh-a = 1 K/W

Rthh-a = (150 C - 40 C - 6*85.9W/36 - 1K/W*85.9W)/85.9W = 9.783K/85.9W = 0.12 K/W

Ist das richtig gerechnet? Das Kühlkörper ist mit 300mm x 300mm recht klobig. Wenn die
Rechnung richtig ist, passen noch ein paar LEDs drauf. Aber ich habe leider 'noch' kein
Gefühl für so was. Und 'geschwind' mal 36 LEDs verheizen um es auszuprobiern möchte
ich eigentlich nicht. (hab leider keinen Goldesel im Keller) :lol:
Ingo
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Do, 04.02.10, 17:52 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Der Kühlkörper für 1 Extremeline hat 3k/W.
Der Kühlkörper für 2 Extremelines hat 1k/W.
Wenn man mit dem gleichen Verhältnis weiterrechnet, dann muss der KK für 3 Extremelines ebenfalls nur noch ein Drittel seines direkten Vorgänger haben, also 0,33k/W.

Dein Kühlkörper ist jedoch um einiges besser, nur 0,046k/W bei 100mm Länge.

Der Kühlkörper sieht aber so aus, als wenn dieser schon für eine Zwangslüftung konzipiert wurde. Für einen reinen Passivkühler braucht man keine Hohlräume zwischen den Rippen, da zählt nur die Oberfläche für die Konvektion an die Raumluft. Innerhalb der Hohlräume würde sich die Wärme stauen. Die bekommt man dort nur weg, wenn man sie mit einem Lüfter raus bläst.

mfg Achim
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Achim H
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Do, 04.02.10, 18:39 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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@achim:
Ja ich wollte von Anfang an einen KK für Aktivkühlung. Ich bin mir eben nur noch über meine
Rechnung unsicher. Je mehr LEDs ich auf den Kühlkörper drauf bekomme, umso besser. :lol:
Ingo
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Do, 04.02.10, 19:02 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Achim H hat geschrieben:Für einen reinen Passivkühler braucht man keine Hohlräume zwischen den Rippen, da zählt nur die Oberfläche für die Konvektion an die Raumluft. Innerhalb der Hohlräume würde sich die Wärme stauen. Die bekommt man dort nur weg, wenn man sie mit einem Lüfter raus bläst.


Also wenn man den Kühlkörper senkrecht montiert, dann steigt die Luft in den Hohlräumen genauso hoch, wie außen am Kühlkörper und nimmt auf ihrem Weg die Wärme auf.
Montiert man ihn allerdings waagerecht, ergibt es allgemein eine schlechtere Kühlleistung. Dann kann die Luft weder zwischen, noch in den Hohlräumen optimal aufsteigen.
Durch Montage eines Lüfters erhöht man ja nur die Luftmenge pro Zeiteinheit, welche am Kühlkörper Wärme abnimmt. Dann ist es auch ziemlich unerheblich, ob das Ganze waagerecht oder senkrecht montiert wird. Bei senkrechter Montage sollte der Lüfter allerdings schon nach oben blasen, und nicht gegen den Wärmestrom pusten. Dann hat er nämlich auch bei geringen Drehzahlen noch eine Wirkung.
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Beatbuzzer
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Do, 04.02.10, 22:21 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Kleiner Hinweis: bei 150°C Sperrschichttemperatur leuchten die LEDs nur noch mit 65% ihrer Leuchtkraft, die sie bei 25°C hätten. Den Chip auf 25°C zu kühlen ist utopisch, ich würde 80°C anpeilen, also einfach die 80°C bei der Sperrschichttemperatur in die Rechnung eintragen. Der Kühlkörper muss natürlich größer sein (oder aktiv per Lüfter gekühlt), allerdings hat man mehr Licht und die LEDs halten länger.
Ragnar Roeck
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Fr, 05.02.10, 10:54 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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@Ragnar: Danke für den Tipp.
@Beatbuzzer: Wird waagerecht montiert, LEDs nach unten Kühlrippen nach oben, über die ganze Breite Lüfter

Und was bedeutet es, wenn ich bei der Berechnung negative Werte herausbekomme?

Rechne ich z.B. mit 64 LEDs (nur ws zur Vereinfachung):
Ptot = 3.2V*0.7A*64 = 144 W
Rthj-sp = lt. Datenblatt 6 K/W
Tj = 150 C
Tu = 40 C
Rthh-a = 1 K/W

Rthh-a = (150 C - 40 C - 6*144W/64 - 1K/W*144W)/144W = -47.5K/144W = -0.33 K/W

Heisst das soviel wie: "Kein Kühlkörper kann diese Anzahl an LEDs kühlen?" Kann ja eigenlich
nicht sein, oder?

Ich habe mal zwei Ausschnitte aus dem Thermal Management von Cree beigefügt...
Dateianhänge
kk02.jpg
Bsp Rechnung
kk02.jpg (53.13 KIB) 2462-mal betrachtet
kk01.jpg
Skizze Thermal Mgmt
kk01.jpg (19.63 KIB) 2462-mal betrachtet
Ingo
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Fr, 05.02.10, 13:58 (1 Bewertungen, 8 Sterne)

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Ich rechne nochmal ganz ohne Formel rein nach Logik... wie ich es eigentlich immer mache, da mir Formeln gar nicht gefallen :)

An einer LED werden 2,24W verheizt. Bei 6K/W plus sagen wir mal 1K/W von LED zu Kühlkörper macht das am Chip 17°C mehr, als am Kühlkörper.
Setzen wir für den LED-Chip die Grenze gutmütig bei 80°C, darf der Kühlkörper max. 63°C warm werden.
Da wir mit 144W heizen macht das max. ca 0,44K/W für den Kühlkörper.

Ein negativer Wert kann nicht sein. Das ginge vielleicht mit aktiver Kühlung, welche nach der Leistung geregelt wird und den Kühlkörper pro Watt mehr um 0,33K abkühlt :mrgreen:
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Beatbuzzer
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Fr, 05.02.10, 15:01 (1 Bewertungen, 8 Sterne)

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Ich habe diese beiden Sheets zur Kühlkörperberechnung online gestellt, sie basieren auf den Formeln von Fischer Elektronik (von denen sind die meisten Kühlkörper in den LED-Shops und bei Reichelt).
OpenOffice Calc
MS Office Excel
Ragnar Roeck
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Fr, 05.02.10, 17:42 (0 Bewertungen, 0 Sterne)

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Super, danke!!
Ingo
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Mo, 10.07.17, 14:23 (0 Bewertungen, 0 Sterne)

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Hallo,

eine Frage zur Excel-Tabelle. Ist ist mit Kühlkörper max. Temp. gemeint? Wird diese Temp. nicht überschritten, sobald mein Kühlkörper ausreichend ist?
Sanja2017
 
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Re: Verständnisfrage bzgl. Kühlkörper

Beitrag am Mo, 10.07.17, 20:30 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Ist ist mit Kühlkörper max. Temp. gemeint?

Ja.

Wird diese Temp. nicht überschritten, sobald mein Kühlkörper ausreichend ist?

Nein.
Die abzuführende Wärmeleistung ist ein prozentueller Anteil der elektrischen Leistung (typisch: 70% sind Wärme, 30% sind Licht. Bei China-Leds solltest Du besser mit 80% Wärmeleistung rechnen).
Die Temperatur des Kühlkörper kann sich nur dann ändern, wenn sich auch die Leistung und/oder die Umgebungstemperatur ändert. Oder wenn durch bauliche Maßnahmen die Umgebungsluft nicht mehr zum Kühlen an den Kühlkörper heran kommt.

Die oben dargestellten Excel/OpenOfficeCalc Tabellen sind aber überholt und berücksichtigen viele Faktoren nicht. Daher sollten diese auch nicht mehr angewendet werden.

wurde nicht berücksichtigt:
- der Wirkungsgrad des Kühlkörper (die Ausrichtung des Kühlkörper und dessen Rippen).

Die max. Sperrschichttemperatur ist zwar interessant, aber quatsch. Bei dieser Temperatur stirbt die Led. Wenn Du möchtest, dass die Led auch lange lebt, sollte dieser Wert deutlich kleiner sein.


Als Faustformel solltest Du dir einprägen:
der Kühlkörper sollte niemals heißer als 70°C werden. Ab 70°C verbrennt man sich die Finger. Und wenn es Dir zu heiß ist, ist es der Led ebenfalls zu heiß.

Ausgehend von dieser Faustformel kannst Du die Berechnung eines Kühlkörper deutlich vereinfachen.

Benötigt werden:
Die Umgebungstemperatur (die Temperatur, gemessen am Ort des Einbau)
Den Wirkungsgrad des Kühlkörper (die Ausrichtung der Rippen) --> siehe dieses Bild

Rechnung:
Spannung x Strom x Anzahl Leds = elektrische Leistung (bei verschiedenen Leds müssen diese einzeln, danach die Leistungen addiert werden)
elektrische Leistung x Wirkungsgrad der Led = Wärmeleistung
70°C - Umgebungstemperatur = Temperaturdifferenz
Wärmeleistung / Temperaturdifferenz x Wirkungsgrad des Kühlkörper = max. zulässiger Wärmewiderstand des Kühlkörper (je kleiner der Wert, desto besser).


Etwas genau hat es ustoni erklärt (erfordert aber viel lesen).
Guckstu: Grundlagen: Temperaturmanagement
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Achim H
 
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