Schutzschaltung für/mit Kühllüfter?

Fragen zu Schaltungen, Elektronik, Elektrik usw.

Moderator: T.Hoffmann

blackpitty
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Do, 05.03.15, 20:58

Hi,

ich möchte eine Schaltung realisieren und weis nicht ob das so funktioniert wie ich mir das denke.

Und zwar geht es darum, eine Schutzschaltung zu integrieren, dass die Leds nur leuchten, wenn auch der dazugehörige Lüfter läuft. Sprich, keine Schaltung mit Temperatursensor, sondern die nur die LEDs bestromt, wenn auch der Lüfter läuft.

Grund ist, ohne Lüfter gehen die LEDs in geschätzten 10-15 Minuten kaputt und man kann während dem Betrieb nicht bemerken ob der Lüfter geht(optisch,Geräusch)

So, die Stromquelle hat 12-14,5V(im unteren Beispiel vereinfacht nur 12V geschrieben)

Die LEDs brauchen zusammen 1A
Der Lüfter benötigt 5V und 0,6A


Nun mal meine Idee:

Vom Lichtschalter aus gehe ich mit dem 12V Kabel was sich als Y spreizt mit einem Ende an einen einstellbaren Spannungswandler wie diesen hier an die Plus Eingangsklemme: http://www.ebay.de/itm/DC-DC-Wandler-ei ... rmvSB=true
Dieser ist dann eingestellt auf 5V. Dann gehe ich mit dem Massekabel der Eingansseite auf Masse.

Auf der 5V Ausgangsseite des Spannungswandlers gehe ich mit dem Pluspol an das Lüfter +. Nach dem Lüfter verbaue ich ein 5V Schließerrelais mit einer Schaltleistung von 5A http://www.reichelt.de/Miniaturrelais/J ... ROVID=2690
und gehe vom Lüfter aus an die Spule vom Relais und wieder zum Spannungsregler zurück.

An die Schaltseite des Relais geht das andere Ende vom Y Kabel der 12V Plusleitung die vom Schalter kommt und nach dem Relais dann zu den LEDs bzw. vorher noch in die je LED einzelne Konstantstromquelle und dann zur Masse.

Somit schaltet doch das Relais erst, wenn auch der Lüfter dreht bzw. die LEDs werden vom Relais erst angeschaltet wenn der 5V Stromkreis mit dem Lüfter läuft.

Fällt der Lüfter aus im Betrieb, macht das Relais auf und die LEDs gehen aus


funktioniert das so oder habe ich einen Denkfehler? Bin für Verbesserungsvorschläge dankbar.

:wink:
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Achim H
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Do, 05.03.15, 21:35

Grund ist, ohne Lüfter gehen die LEDs in geschätzten 10-15 Minuten kaputt und man kann während dem Betrieb nicht bemerken ob der Lüfter geht(optisch,Geräusch)

Falsche Herangehensweise.
Ein Lüfter darf die Kühlung nur unterstützen, nicht aber diese übernehmen. Wenn der Lüfter ausfallen sollte, dann muss der Kühlkörper so bemessen sein, dass dieser die Leds alleine kühlen kann.

Um die Leds zu schützen kannst Du eine Temperatursicherung einbauen. Diese öffnet den Stromkreis, wenn die Temperatur überschritten wird (Sicherung muss getauscht werden). Zum Beispiel: Eska G4 72°C (250V, max. 10A, Bemessungstemperatur: 72°C). Kostenpunkt: ca. 40 Cent bei Reichelt, ca. 1 EUR bei Conrad + Völkner.
oscar
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Do, 05.03.15, 23:17

Hi,
Achim H hat geschrieben:Ein Lüfter darf die Kühlung nur unterstützen, nicht aber diese übernehmen. Wenn der Lüfter ausfallen sollte, dann muss der Kühlkörper so bemessen sein, dass dieser die Leds alleine kühlen kann.
wie würdest Du einen 100W COB kühlen? Passiv mit einem 10kg schweren Kühlkörper? Und wozu dann noch einen Lüfter? Um die Lebensdauer der LED von 60000h auf 240000h zu erhöhen?
Guck doch mal auf http://www.led-heatsink.com/products.php?scateID=545 wie High Power COBs u.a. gekühlt werden. Genauso funktioniert das auch mit leistungsschwächeren LEDs. Fällt der Lüfter aus, ist ohne Thermosicherung Ende im Gelände.

Grüße, Markus
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Achim H
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Fr, 06.03.15, 00:53

wie würdest Du einen 100W COB kühlen? Passiv mit einem 10kg schweren Kühlkörper?

Einen 10kg Kühlkörper brauchst Du dafür nicht. Da reicht bereits einer mit ca. 700g (Gewicht geschätzt. Wenn es ein Vollmaterial wäre, würde der Klotz 4,96kg wiegen).

Der Kühlkörper, welcher mit vorschwebt, ist der für das 8000 Lumen LMH2-Modul von Cree. Dieser ist Ø 153 x 100mm groß. Wärmewiderstand: 0,42K/W.
Das reicht, um die 92,4W eines 8000 Lumen Modul bei einer Umgebungstemperatur von 25°C auf 64,2°C zu halten. Werden 100 Watt montiert würde der KK
(64,2°C - 25°C) / 92,4W x 100W + 25°C = 67,4°C heiß werden.
Und alles ohne Lüfter.

So ganz richtig ist die Rechnung nicht.
Nur ca. 70% der zugeführten Leistung sind Wärme. Die restlichen 30% werden in Licht umgewandelt.

Link zu Mouser: LMH020-HS00-0000-0000081
Und wozu dann noch einen Lüfter? Um die Lebensdauer der LED von 60000h auf 240000h zu erhöhen?
Eine 100W Led wird wahrscheinlich keine 60.000h leben. Insofern wären auch 240.000h etwas übertrieben.
Vom Prinzip her ist die Überlegung aber korrekt: um die Lebenserwartung zu erhöhen.
Fällt der Lüfter aus, ist ohne Thermosicherung Ende im Gelände.
Falsch:
Fällt der Lüfter aus und ist der Kühlkörper alleine nicht für die Leistung ausgelegt, sind die Leds bald zappenduster.
Es ist aber technisch möglich (siehe oben) auch solche Leds passiv zu kühlen.
blackpitty
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Fr, 06.03.15, 06:40

danke für eure Antworten.

Bei diesem Projekt ist es aber nicht möglich einen mehrere Kilo schweren Kühler zu verbauen(Platzgründe und außerdem ist es sinnlos so einen riesen Kühler zu verbauen), sondern den vom Hersteller vorgegebenen sammt dem vorgegebenen Lüfter zu nutzen.

Bei z.B.PC Hardware kann man ab einer gewissen Leistung oder Bauraum auch keine passiven Kühler mehr verwenden, zudem lebt die Hardware meißt länger und gesünder mit aktiver oder Wasserkühlung :wink:

Finde da deine Herangehensweise mit Riesenkühlern sehr komisch, vorallem da der Vorteil von LEDs dann komplett zerstört wird, denn LEDs bringen viel Licht bei sehr kleinem Bauraum, wo ich mit nem 1KG schweren Kühler(und 1KG Alu ist nen riesen Ding) lieber zu ner 55W Glühbirne greifen würde vom Leuchtleistungs/Platzbedarfsverhältnis

Es handelt sich um COB LEDs.

Original wird der Lüfter per Drehzahlsignal über ein Steuergerät überwacht und geregelt, da dies über ein Canbus gesteuertes Steuergerät geht, was sich außerhalb des Fahrzeugs aber nicht nutzen lässt(oder nur mit extremen Aufwand) brauche ich die Lüfterüberwachung in vereinfachter Version.

-Lüfter an, LEDs an
-Lüfter aus, LEDs aus

wie kann ich das also am einfachsten und sichersten umsetzen?
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Achim H
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Fr, 06.03.15, 09:19

Finde da deine Herangehensweise mit Riesenkühlern sehr komisch, vorallem da der Vorteil von LEDs dann komplett zerstört wird, denn LEDs bringen viel Licht bei sehr kleinem Bauraum, wo ich mit nem 1KG schweren Kühler(und 1KG Alu ist nen riesen Ding) lieber zu ner 55W Glühbirne greifen würde vom Leuchtleistungs/Platzbedarfsverhältnis
Irgendwie verstehe ich Deine Aussage nicht.
Wenn Du eine 55 Watt Halogenlampe nachbilden willst, dafür hätte auch eine 20W COB ausgereicht. Für 20 Watt reicht auch ein deutlich kleinerer Kühlkörper.
Borax
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Fr, 06.03.15, 10:12

...Somit schaltet doch das Relais erst, wenn auch der Lüfter dreht bzw. die LEDs werden vom Relais erst angeschaltet wenn der 5V Stromkreis mit dem Lüfter läuft.
Nein. Das ist damit nicht gesichert. Es ist nur klar, dass der Lüfter Strom zieht. Das tut er aber genauso, wenn er z.B. nur 'klemmt'. Ohne Prüfung auf die 'Drehung' (z.B. per Lichtschranke oder Hall-Sensor) oder Prüfung auf den Luftstrom (per Temperatursensor o.ä.) ist das keine 'Sicherheit'.
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Fr, 06.03.15, 10:15

Wenn der Lüfter ein Tachosignal ausgibt, kann man doch das verwenden.
AFAIR rot/schwarz zur Versorgung und blau ist das Tachosignal. (kann bei anderen Lüftern auch anders sein.)
blackpitty
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Fr, 06.03.15, 10:19

@Achim H

ich will nichts nachbilden.

Ich nutze originale Leuchtelemente eines vom Hersteller so gebauten Scheinwerfers inklusive dem Kühlkörper und dem Lüfter. Es geht nicht darum eine 55W H4 Birne zu imitieren. Das war nur ein Beispiel zu deiner Passivkühlerei die ich für hinfällig halte.

und wer spricht hier von 100W LEDs?

meine 2 COB Platinen zusammen brauchen 1A bei 13V, das sind 13W, habe ich oben geschrieben

Ich versteh die ganze Diskussion hier aber nicht, keiner geht auf meine Ursprungsfrage ein sondern versucht nur irgendwie drum herum zu reden oder Vorschläge zu bringen die mit dem eigentlichen Thema nichts zu tun haben. Mit Verbesserungsvorschlägen meinte ich keine zentnerschweren Aluklötze als Lüfterersatz oder sonstiger Quatsch sondern eine Verbesserung meiner Schaltungsidee und ob diese so funktioniert oder wie ich sie umsetzen kann



@Borax und t_schulz

der Lüfter hat 3 Kabel und gibt wie jeder PC Lüfter auch, ein Tachosignal aus. Ich weis auch welches der 3 Kabel es ist, da ich ihn ja schon zum Test bestromt habe.

Nun ist die Frage, wenn es nur über das Tachosignal realisierbar ist, wie ich das umsetzen kann, hat da jemand eine Idee? Gibt es da eventuell auf dem Markt etwas fertiges, was das signal erkennt oder wie auch immer und in einen anderen Umpuls den ich für ein Relais nutzen kann umsetze?
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Achim H
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Fr, 06.03.15, 10:43

blackpitty hat geschrieben:Ich nutze originale Leuchtelemente eines vom Hersteller so gebauten Scheinwerfers inklusive dem Kühlkörper und dem Lüfter.
Genau diese Info hast Du im Eingangsthread vergessen.
und wer spricht hier von 100W LEDs?
Davon hat oscar geredet.
Ich versteh die ganze Diskussion hier aber nicht, keiner geht auf meine Ursprungsfrage ein sondern versucht nur irgendwie drum herum zu reden oder Vorschläge zu bringen die mit dem eigentlichen Thema nichts zu tun haben. Mit Verbesserungsvorschlägen meinte ich keine zentnerschweren Aluklötze als Lüfterersatz oder sonstiger Quatsch sondern eine Verbesserung meiner Schaltungsidee und ob diese so funktioniert oder wie ich sie umsetzen kann
Du hast anscheinend noch immer nicht kapiert, was ich mit Lüfterunterstützung aussagen wollt. Schade eigentlich.
Ein Zentner sind 50.000 Gramm. Der Kühlkörper für eine 100W Led würde ca. 700g wiegen. Für 13 Watt braucht man noch weniger Alu. Wenn Deine Lampe dafür keinen Platz hat, dann taugt die Lampe nix.
der Lüfter hat 3 Kabel und gibt wie jeder PC Lüfter auch, ein Tachosignal aus. Ich weis auch welches der 3 Kabel es ist, da ich ihn ja schon zum Test bestromt habe.

Nun ist die Frage, wenn es nur über das Tachosignal realisierbar ist, wie ich das umsetzen kann, hat da jemand eine Idee?
Das Kabel geht auch irgendwo an den Canbus.
Dieses Kabel für eine 2. Leitung abgreifen, nur diesen Zweig gleichrichten, stabilisieren und mit einem Vorwiderstand in den Eingang (eine IR-Led) eines Optokoppler einspeisen. Keine Ahnung, ob man das Tachosignal noch mit 20mA belasten darf. Mit dem Transistorausgang des Optokoppler könntest Du dann das Relais schalten. Allerdings brauchst Du dafür wieder eine Versorgungsspannung.
Borax
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Fr, 06.03.15, 12:41

Vom Relais würde ich abraten. Außer es ist ein spezielles 'Inrush' Relais. Getaktete KSQs ziehen beim Einschalten Ströme im zweistelligen Ampere Bereich. Das macht so ein 'Standard-Relais' nicht lange mit. Hier könnte man auch gleich einen Mosfet nehmen, das vereinfacht die Sache. Tachosignal ist prinzipiell eine gute Idee. Leider kennen wir es nicht. Und ohne genaue Datenblatt-Angabe oder Messung mit einem Oszilloskop ist es auch schwierig hier was zu 'erraten'. Meist wird das Tachosignal mit einem Hall-Sensor und nachgeschalteter Auswertung erzeugt, aber schon der Wert wie viele Pulse pro Umdrehung ist sehr unterschiedlich (zwischen 1 und 10). Der maximal zulässige Strom schwankt auch zwischen etwa 1mA und 20mA... Eine 'fertige' kommerziell erhältliche Auswertungselektronik dafür ist mir nicht bekannt.
t_schulz
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Fr, 06.03.15, 13:23

Das Tachosignal mit nem Oszi anschauen, bringt erste Ideen, wie es aussieht. :)

Wenn der Lüfter sich dreht, gibt es oft Impulse. Je langsamer, desto seltener die Pulse. Wenn der Lüfter steht, gibt es keine Pulse mehr.

Das Ganze könnte mit einem retriggerbaren Monoflop ausgewertet werden.
Jeder Impuls triggert das Monoflop, wenn kein Puls kommt, floppt das Monoflop nach einer Zeit, die mit einem Kondensator einstellbar ist, zurück.

Erster Gedanke war jetzt mal ein 74hc123.

Ist das ein Ansatz?
oscar
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Fr, 06.03.15, 15:03

Hi,
Achim H hat geschrieben:
Fällt der Lüfter aus, ist ohne Thermosicherung Ende im Gelände.
Falsch:
Fällt der Lüfter aus und ist der Kühlkörper alleine nicht für die Leistung ausgelegt, sind die Leds bald zappenduster.
was hab' ich denn anderes geschrieben?

Grüße, Markus
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Achim H
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Fr, 06.03.15, 15:37

Es ist ein Unterschied, ob der Lüfter ausfällt und die Leds kurz danach das Zeitliche segnen, oder ob der Lüfter ausfällt und die Leds weiterleben.

Ein Lüfter darf immer nur unterstützen, nicht aber die Kühlung übernehmen. Wenn ein Lüfter ausfällt, muss das nicht zwangsläufig auch den Tod einer Led bedeuten. Sollte der Lüfter tatsächlich ausfallen, dann muss der Kühlkörper so bemessen sein, dass die Leds noch keinen Schaden nehmen.

Um Dein obiges Beispiel mit der 100 Watt Led noch einmal aufzugreifen.
Eine solche Led kostet schon etwas, daher sollte man nicht an der Kühlung sparen.
Borax
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Fr, 06.03.15, 16:20

Jeder Impuls triggert das Monoflop, wenn kein Puls kommt, floppt das Monoflop nach einer Zeit, die mit einem Kondensator einstellbar ist, zurück. Erster Gedanke war jetzt mal ein 74hc123.
Gute Idee. Dann ist es auch relativ egal, wie viele Pulse pro Umdrehung... Bei weniger als 100 Pulsen pro Sekunde einfach abschalten. Zwei Probleme sehe ich dabei aber auch noch:
1. Man braucht eine Verzögerung beim 'aktivieren' (der Lüfter braucht ja auch eine gewisse Zeit zum Anlaufen)
2. Ob blackpitty so was (nicht mehr ganz einfaches) überhaupt bauen will...
oscar
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Fr, 06.03.15, 22:56

Hi,
Achim H hat geschrieben:Ein Lüfter darf immer nur unterstützen, nicht aber die Kühlung übernehmen. Wenn ein Lüfter ausfällt, muss das nicht zwangsläufig auch den Tod einer Led bedeuten. Sollte der Lüfter tatsächlich ausfallen, dann muss der Kühlkörper so bemessen sein, dass die Leds noch keinen Schaden nehmen.
das ist mir schon klar, daß Du das so siehst. Andere sehen das aber anders. Daher auch mein Link in obigem Absatz, aus dem Du den letzten Satz so frech ausgeklinkt hast, damit Dein Argument wieder dazupaßt.
Um Dein obiges Beispiel mit der 100 Watt Led noch einmal aufzugreifen.
Eine solche Led kostet schon etwas, daher sollte man nicht an der Kühlung sparen.
Wer ist "man". Du und ... ? Kommerziell sind derartige Lösungen m.E. Ladenhüter, da zu teuer, zu sperrig, zu schwer für die abgegebenen Lumen.

Der Lüfter muß auch nur ein paar Jahre halten. Bis dahin sind weit effizientere LEDs auf dem Markt und Strom noch teurer. Dann will die jeder haben und die alten fliegen samt Lüfter raus.

Gruß, Markus
oscar
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Fr, 06.03.15, 23:04

Hi,
blackpitty hat geschrieben:Ich versteh die ganze Diskussion hier aber nicht, keiner geht auf meine Ursprungsfrage ein sondern versucht nur irgendwie drum herum zu reden oder Vorschläge zu bringen die mit dem eigentlichen Thema nichts zu tun haben.
damit muß Du immer rechnen. Stell Deine Frage vielleicht besser in einem Elektronikforum wie http://www.mikrocontroller.net und nicht in einem LED-Forum. Lüfterüberwachung ist nicht gerade eine LED-Domäne.

Grüße, Markus
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Achim H
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Sa, 07.03.15, 00:02

blackpitty hat geschrieben:So, die Stromquelle hat 12-14,5V(im unteren Beispiel vereinfacht nur 12V geschrieben)

Damit wir nicht aneinander vorbei reden. Handelt es sich um ein Auto?

Wenn Ja, dann wäre die Befürchtung von Borax unzutreffend.
Borax hat geschrieben:Vom Relais würde ich abraten. Außer es ist ein spezielles 'Inrush' Relais. Getaktete KSQs ziehen beim Einschalten Ströme im zweistelligen Ampere Bereich.
Eine getaktete Niedervolt-Konstantstromquelle zieht beim Einschalten deutlich weniger Ampere.

Wenn man einen Temperaturschalter (keine Temperatursicherung) in die Leitung der Versorgungsspannung zur Konstantstromquelle einklinkt und dieses Bauteil auf den Kühlkörper montiert, dann kann man damit die KSQ eingangsseitig schalten.

Geeignetes Bauteil.
Link zu Akkuplus.de: Uchiya Thermostate (Temperaturschalter, selbsttätig wieder einschaltend)
Zum Beispiel: TUP62-80 (250V, max. 2.5A, Schalttemperatur 80°C, Toleranz +/-5°C).

Für einen 5V Lüfter braucht man keinen getakteten Spannungswandler mit 12A.
Dafür reicht auch ein 7805 Spannungsregler.

Auf das Relais kann man wahrscheinlich auch verzichten.

Wieviel Watt hat der Lüfter (alternativ: welcher Strom ist dort angegeben)?
Loong

Sa, 07.03.15, 09:46

Borax hat geschrieben:Getaktete KSQs ziehen beim Einschalten Ströme im zweistelligen Ampere Bereich.
Glühlampen auch :wink: . Leistungsrelais sind dafür ausgelegt und benötigen im Gegenteil sogar den Kontaktabbrand, weil sonst wegen Oxidation ihr Übergangswiderstand mit der Zeit steigen würde.

Daß man mit einem Signalrelais mit Goldkontakten keine Leistungen schalten kann, dürfte soweit klar sein.
blackpitty
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Sa, 07.03.15, 19:07

Die Idee mit dem Tachosignal wäre wohl die beste, allerdings wie ich lese nichtmehr einfach umzusetzen.

Ich würde ja gern nach der Temperatur gehen wenn das einfacher ist, doch woher soll ich wissen welche Temperatur die optimalste Abschalttemperatur ist?

Schließlich ist die Kerntemperatur der LED ja nicht = Kühlkörpertemperatur

Der Lüfter braucht 5V und 0,6A

Handelt sich um den KFZ Bereich
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Sa, 07.03.15, 20:33

Ich würde ja gern nach der Temperatur gehen wenn das einfacher ist, doch woher soll ich wissen welche Temperatur die optimalste Abschalttemperatur ist?

Ich praktiziere die Regel: wenn es mir zu warm ist, dann ist es auch der Led zu warm.
Bedeutet: wenn ich mir am Kühlkörper die Finger verbrenne (ab ca. 70°C), dann sollte das auch für die auf dem Kühlkörper montierte Led die max. Temperatur sein. Ein paar Grad mehr oder weniger sind nicht tragisch.

Cree vermisst seine Leds zumeist bei 85°C.
Lumitronix hat für die SmartArrays eine max. Temp. von 85°C angegeben: ein Bild

Einen passenden Thermostaten hatte ich Dir bereits rausgesucht:
TUP62-80 = Abschalttemperatur 80°C; Toleranz: +/-5°C, entspricht: 75 - 85°C.

Eine Frage bleibt allerdings noch offen:
Wie gut kühlt Dein Kühlkörper mit Lüfterunterstützung?
Kannst Du die Kühlkörpertemperatur im laufenden Betrieb messen?

Sollte die Temp höher sein, müsste man einen Thermostaten mit einer höheren Abschalttemperatur nehmen.
Der Thermostat soll ja nur bei Übertemperatur abschalten.
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Sa, 07.03.15, 21:44

ok,

also mit laufendem Lüfter wird der Kühlkörper nichtmal annähernd handwarm.

nur ohne Kühlung wirds recht schnell heiß, weil der Kühlkörper nicht für einen passiven Betrieb gedacht ist und er auch von einem Luftleitkanal usw. ummantelt ist damit der Lüfter seine beste Kühlleistung rausholen kann auf kleinem Raum.

Dann scheint mir die Idee mit dem Thermoschalter doch als gar nicht so schlecht und einfach umsetzbar.

Allerdings werde ich dazu erstmal alles komplett verbauen und mal einen Dauertest durchführen was die Temperatur angeht und danach dann den Schalter bestimmen.

Und wegen der Lüfterbestromung?

zu deinem Regler habe ich hier was fertiges gefunden, bringt aber nur 0,5A
http://www.reichelt.de/?ARTICLE=140547& ... Ao5h8P8HAQ

allerdings auch diese Info hier:
http://rn-wissen.de/wiki/index.php/Spannungsregler
Beispiel: Ein Linearregler mit 5V Ausgangsspannung wird mit 12V am Eingang versorgt. Unabhängig vom entnommenen Strom beträgt der Wirkungsgrad dann nur (5V/12V)*100%=41,7%. Bei höheren Eingangsspannungen wird er sogar noch schlechter. Angenommen, am Ausgang werden 500mA benötigt. Der Regler muss dann 12V-5V=7V bei 500mA in Wärme umwandeln. Das entspricht einer Verlustleistung von 7V*0,5A=3,5Watt.
in meinem Fall mit 14,5V und 0,6A wären das an Verlustleistung 5,7W
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Sa, 07.03.15, 21:56

zu deinem Regler habe ich hier was fertiges gefunden, bringt aber nur 0,5A
http://www.reichelt.de/?ARTICLE=140547& ... Ao5h8P8HAQ
Viel zu teuer.

Link zu Reichelt:
TS7805 (5V, max. 1A) --> 32 Cent.
Dafür brauchst Du noch 2 Kondensatoren (Eingang gegen Masse, Ausgang gegen Masse):
1µ/63V --> 2x 12 Cent = 24 Cent
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Sa, 07.03.15, 21:59

und die fast 6W, wo verbrate ich die?
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Sa, 07.03.15, 22:18

Montier ein Stück Blech dran oder schraub das Dingens an die Karosserie.

Etwas komisch ist das allerdings schon. Warum wurde kein 12V Lüfter verwendet? Der läuft bereits ab ca. 7V. Vorwiderstand dran, fertig.
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