Stern-Kühlkörper

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Moderator: T.Hoffmann

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Do, 14.10.10, 09:22

Gibt es einen Stern-Kühlkörper für Platinendurchmesser 35 mm, der bei 20 W (min. 18 W) genügend kühlt?

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Diese Frage von Walter B. bezieht sich auf Stern Kühlkörper, geschwungen und wurde durch den FAQ-Bot automatisch eingestellt.
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Sailor
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Do, 14.10.10, 09:32

Bei dem großen Stern wird das aufgebrachte Bauteil ca. 70° über der Umgebungstemperatur sein.
Dazu kommen noch Übergangswiderstände zwischen Bauteil und Stern und der Wärmewiderstand im Bauteil selbst.

Jetzt kommt es auf die Definition von
FAQ-Forum-Bot hat geschrieben:genügend kühlt
an.
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schlosshund
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Do, 14.10.10, 10:02

Also einen Sternkühlkörper könnte ich jetzt auch nicht einfach so empfehlen, aber zur Not gibt´s da ja auch noch die SynJet-Kühler. damit hast auf jeden Fall genügend Kühlleistung. Bis 15 Watt kannst du dieses verwenden: http://www.leds.de/High-Power-LEDs/High ... hparam=Syn

Darüber bis 40W diesen hier: http://www.leds.de/High-Power-LEDs/High ... hparam=Syn

Grüße
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Achim H
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Do, 14.10.10, 11:47

Ich denke, der Kühlkörper ist etwas zu klein für 18 Watt Leistung:

Grund:
Die Gesamtoberfläche des geschwungenen Kühlkörper entspricht ca. 151cm­². Vergleichbare Kühlkörper mit genau so viel Oberfläche sind für Leistungen bis max. 15 Watt geeignet, wobei der Temperaturanstieg im/am Kühlkörper (Delta C) um 80 Grad beträgt. Ausgehend von einer Umgebungstemperatur von 25 Grad würde der Kühlkörper bei nur 15 Watt insgesamt 105 Grad heiß werden. Für Leds ist diese hohe Temperatur schon sehr grenzwertig.

Berechnung der Gesamtoberfläche:
Außendurchmesser minus Montagedurchmesser geteilt durch 2 = Länge der Rippen.
24 Rippen sind kreisförmig angeordnet, der Abstand zwischen den Rippen entspricht (wenn man sich das Bild anschaut) etwa der Dicke 1 Rippe.

Innere Durchmesser x Pi (3,1415926) = Umfang
Umfang geteilt durch (24 Rippen + 24 Abstände) = ca. 3,3mm

48 x 10mm x 15mm = 7200mm² (Seitenflächen der Rippen)
48 x 3,3mm x 15mm = 2376mm² (Ober- und Unterseite der Rippe in Richtung Montagefläche)
48 x 3,3mm x 10mm = 1584mm² (Stirnflächen der Rippen plus Grund zwischen den Rippen)
2 x 25mm x 25mm x PI = 3926,99mm² (Ober- und Unterseite Montagefläche)
Summe: 15086,99mm²
Geteilt durch 100 = 150,8699cm² aufgerundet 151cm²
Walter Büchi
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Do, 14.10.10, 15:14

Mein Problem ist, dass ich für die Einbauhöhe optimal 10 mm, maximal 20 mm zur Verfügung habe. SynJet Par 38 wurde mir empfohlen, ist aber zu hoch.
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ryestone
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Do, 14.10.10, 15:19

Wo wird denn das Ganze eingebaut?
Kann da Luft abströmen?
Wenn nicht, dann nutzt auch der beste Kühlkörper nichts!
Was soll denn eigentlich gekühlt werden? Eine (mehrere) LEDs?
Alternative: Weniger Strom durch die LED.
Walter Büchi
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Do, 14.10.10, 15:38

Es soll ein 7 x CREE XP-G Q5 mit 700 mA (17.5 W) betrieben werden. Die Luft kann von unten zu- und oben ungehindert wegströmen.
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ryestone
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Do, 14.10.10, 16:14

Das hört sich ja gar nicht so schlecht an.
Ich habe da aber eine andere Rechnung:
700 mA x 3,2 V = 2,24 W x 7 LEDs =15,68 W
Dann könnte der Kühlkörper ja gerade ausreichen.
Ansonsten nimmst Du halt die KSQ 600 mA.
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Achim H
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Do, 14.10.10, 18:47

Ich muss nochmal fragen (weil für mich noch einiges unklar ist):
Mein Problem ist, dass ich für die Einbauhöhe optimal 10 mm, maximal 20 mm zur Verfügung habe.
Wieso hast Du nur max. 20mm? Soll der Kühlkörper vor einer Glasscheibe oder einer anderen transparenten Begrenzung montiert werden?

Berücksichtigt man, dass auf den Kühlkörper eine Starplatine mit 7 Cree XP-G Q5 Leds montiert wird, dann beträgt die Höhe (KK = 10mm; PCB = 1,5mm; Led = 2mm) 13,5mm. Vermittelt auf 20mm Einbauhöhe wären somit nur jeweils 3,25mm zum An- und Abströmen der Lüft vorhanden. Man kann also schlecht von einer ungehinderten Luftbewegung sprechen.

Problem Nr. 2 wäre immer noch, dass der Kühlkörper zwar für max. 15 Watt Leistung zu gebrauchen wäre, aber mit dieser Leistung bereits zu heiß wird. Berücksicht man hier, dass die Luft nicht ungehindert (3,25mm je Seite ist definitiv zu wenig) an den Kühlkörper kann, muss die Luftzufuhr über einen Ventilator (Pressluft) laufen, um die Erwärmung hinaus zu blasen.

Problem Nr. 3:
Der Kühlkörper selbst kann nicht schweben, folglich muss auch er irgendwie befestigt werden. Dort wo er befestigt wird, entfällt das Stückchen Oberfläche. Mit weniger Oberfläche kann der Kühlkörper anschließend auch weniger Leistung bändigen.

Wäre daher ganz gut, wenn Du uns den Einbauort etwas näher beschreibst.

mfg Achim
Walter Büchi
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Do, 14.10.10, 19:56

Das ist etwas schwierig zu beschreiben; wie man hier ein Bild anhängen kann, weiss ich nicht.

Gehen wir vom 85mm-Stern aus: dieser liegt 30 mm über der Grundfläche auf einer Platte von 250 x 250 x 20 mm mit einer zentralen Bohrung von 83mm Durchmesser. Diese liegt ihrerseits 10mm über der Grundfläche (4 kleine Füsse). Der Stern wird von einer weiteren 10mm dicken Platte mit einer Bohrung von 85mm Durchmesser umgeben. Die Platine liegt also knapp über der oberen Platte. Da die vom Stern erwärmte Luft ansteigt, wird die (höchstens 22 Grad warme) Kühlluft von unten angesaugt.

Ist das halbwegs nachvollziehbar?
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Achim H
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Do, 14.10.10, 20:46

Ist das halbwegs nachvollziehbar?
Halbwegs. Ich fasse das mal mit meinen Worten zusammen:

Du hast eine Platine, wo der Kühlkörper mit 10mm Abstand montiert wird. Der Kühlkörper befindet sich dann in einem Löch einer Platte, die genauso dick wie der Kühlkörper selbst ist.

Der Stern wird also in das Loch gequetscht.
Damit verringert sich die Oberfläche um die 24 Stirnflächen des KK (die Häfte von 1584mm² = 792mm² = ca. 8cm² = ca. 5,2%)
Wenn man von einer max. möglichen Belastung von 15 Watt ausgeht, dürfte der KK somit nur noch für knapp 14 Watt brauchbar sein. Da allerdings mit den gleichen Kriterien der Erwärmung um ca. 80 Grad.

Selbst wenn die Kaltluft nur 22 Grad oder noch etwas wenig beträgt, heizt sich der Kühlkörper trotzdem noch auf 102 Grad oder etwas weniger auf. Und das ist mmer noch zu viel.

Schau Dir mal die Seiten 3 + 4 im Datenblatt an.
Bei 100 Grad kommen nur noch 83% des Licht heraus.
und bei 100 Grad sollte der max. Strom nur 600mA betragen.

Und das muss dann wieder in eine Leistung und auf diesen Külkörper bezogen umgerechnet werden.
Meine persönliche Meinung: Der Kühlkörper ist zu klein. Mehr als 10 Watt würde ich da nicht dran hängen.

!0 Watt würde auf die 7er Cree Platine bezogen ein Strom bis 450mA und ein Output um 1000 Lumen entsprechen (ungefähr so hell wie eine 90 bis 100 Watt Glühlampe).

Was willst Du damit beleuchten?

Mit einer Zwangslüftung (es gibt superleise Lüfter auch mit 80mm Durchmesser), könntest Du mit dem Strom der Leds etwas rauf gehen.
Zum Beispiel: Nanoxia 80mm Geräuschentwicklung ca. 10dBa.
Die Geschwindigkeit kann mittels Verringerung der Spannung (4 bis 13V) etwas runter gerdeht werden, dann wird der Lüfter auch noch etwas leiser (obwohl: 10dBa ist schon sehr leise).
Walter Büchi
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Fr, 15.10.10, 09:59

Deine Interpretation "Du hast eine Platine, wo der Kühlkörper mit 10mm Abstand montiert wird." verstehe ich nicht ganz. Die Platine klebt auf dem Kühlkörper.

Eine ganz laienhafte Frage: wie sieht es aus, wenn ich zwei Sterne mit Wärmeleitkleber aufeinander klebe?
Falo
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Fr, 15.10.10, 10:36

Wenn du die beiden zusammengeklebten Sterne genauso in ein Loch quetsch ohne das da genügent Luft drankommt gewinnst du mit 2 Kühlkörper fast keine Kühlleistung dazu.

Die Kühlleistung eines Kühlkörper läßt sich halt am besten dadurch steigern das man die Übergangsfläche zwischen Luft und Alu erhöht.
Am effektiefsten geht das halt duch einen Lüfter der dadurch das er die Luft über den Alu austausch halt diese 'übergangsfläche' EXTREMS erhöht.

Eine reine vergößerung des Alus bringt fast keinerlei verbesserung.

Beispiel aus den Shop:
* Maße: 70mm x10mm.
* Wärmewiderstand: 4,0K/W.

* Maße: 85mm x10mm.
* Wärmewiderstand: 3,5K/W.

Der 2. Kühlkörper ist vom Volumen her fast 50% größer die Wärmeleistung ist aber nur um 12,5% höher.

Und ich halte die beiden Kühlkörper für viel viel zu klein um 15 Watt abzuführen.
Bei 15 Watt und 3,5K/W würde sich der Kühlkörper um über 50 Grad erwärmen und damit liegst du viel zu hoch und diesen wert hast du auch nur wenn der Kühlköper zu 100% frei betrieben wird.

mfg
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ryestone
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Fr, 15.10.10, 11:18

Walter Büchi hat geschrieben:Das ist etwas schwierig zu beschreiben; wie man hier ein Bild anhängen kann, weiss ich nicht.
Ganz einfach so:
Datei hochladen.JPG
Walter Büchi
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Fr, 15.10.10, 12:47

Besten Dank!

Also, das sieht so aus:
Dateianhänge
Schnittskizze.pdf
Abstand vom Boden 10mm
(83.92 KiB) 255-mal heruntergeladen
Stern 2.pdf
2. Versuch, vgl. Maquette
(64.16 KiB) 255-mal heruntergeladen
Stern 1.pdf
1. Versuch
(62.43 KiB) 231-mal heruntergeladen
Maquette.pdf
(178.68 KiB) 267-mal heruntergeladen
jkunz
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Fr, 15.10.10, 21:10

Der Kühlkörper ist zu klein. Zumindest, wenn er nicht von einem Ventilator angeblasen wird. Durch den schmalen Schlitz an der Unterseite wird die Strömung zusätzlich massiv behindert.

Ich hab ein COB-Modul, das 14 W verheizt. Ein Kühlkörper von 100 x 100 x 40 mm^3 (10 Lamellen) Reichelt Best Nr. "V PR173/100" reicht grad so um das Modul zuverlässig passiv zu kühlen.

Nim einen CPU-Kühlkörper mit einem guten, temperaturgeregelten Lüfter. Es reicht, wenn der Lüfter weit unter Nendrehzahl läuft.
Walter Büchi
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Mo, 24.01.11, 13:54

Nachdem der Hersteller des Kühlkörpers meinte, es sollte eigentlich gehen, entchloss ich mich zu einem Crash-Test. Ich baute die mit arcticsilver auf den Kühlkörper geklebte Platine wie aus dem Bild ersichtlich ein (die Pole sind richtig angeschlossen). Ich liess die Lampe mit aufgesetztem Oberteil, der vermutlich für etwas Zug sorgt, 14 Stunden lang mit 700 mA brennen und mass an Messstelle A immer ca. 65 ºC.

Das bewegte mich dazu, die auf dem Bild ersichtliche, einstellbare Konstantstromquelle anzuschaffen und den Test weiterzuführen. Meine primitiven Messungen ergaben im Dauerbetrieb an Messpunkt A
bei 700 mA ca. 65 ºC
bei 800 mA ca. 71 ºC
bei 900 mA ca. 78 ºC
bei 1000 mA ca. 87 ºC
und an Messpunkt B bei 1000 mA ca. 55 ºC

Am Boden war 3 cm direkt unter dem Kühler von Hand keine Erwärmung gegenüber der Umgebung festzustellen.

Leider kann ich aus diesen Daten Tj, die 150 ºC nicht überschreiten sollte, nicht ermitteln.

Wie sind diese Ergebnisse zu interpretieren?
Dateianhänge
Messstellen
Messstellen
Konstantstromquelle
Konstantstromquelle
181088_RB_00_FB.EPS.jpg (14.61 KiB) 7340 mal betrachtet
Übersicht Einbau
Übersicht Einbau
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Achim H
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Mo, 24.01.11, 14:16

Meine primitiven Messungen ergaben im Dauerbetrieb an Messpunkt A ...

Leider kann ich aus diesen Daten Tj, die 150 ºC nicht überschreiten sollte, nicht ermitteln.
50m neben einer Led misst man auch nicht. Ich hätte das Alu direkt neben der Led gemessen oder die Led selbst.

Wenn ich mir den Sockel/die Platte (das weiße Konstrukt, wo eben die Leds nebst Kühlkörper eingebaut sind) anschaue, von wo kann eigentlich Frischluft nachströmen? Oder sind da Füße drunter, sodass bis zum Fußboden etwas Abstand entsteht?
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