Kühlfläche

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Moderator: T.Hoffmann

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polofreak
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Mi, 09.02.11, 10:40

Hallo zusammen,

gibt es eine Faustregel für die Kühlfläche für LEDs? In meinem Falle habe ich ein 0.5mm Aluminiumblech (blank) mit 1300x 300 mm sprich 0,39 sqm das frei im Raum hängt, kann man daraus eine Aussage treffen, wieviel Watt ich damit in etwa kühlen kann? (bei normaler Raumtemperatur und optimaler Verklebung)

vielen Dank schon im Voraus
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Mi, 09.02.11, 11:34

Auf 100 cm bei einem 13x8x1 U-Profil gehen 12 Watt wenn's handwarm werden soll, wenn man es noch gerade so anfassen können soll dann auch 24 Watt. Das wären also entsprechend 4 bis 8 Cree XR-E @ 1000 mA pro Meter.

Die SMD-High-Power-Leiste hier aus dem Shop mit zugehörigem Kühlkörper ist so dimensioniert, dass der KK nicht mehr schmerzfrei mit der Hand umgriffen werden kann, die LED-Chips dürften ca. 80-100°C haben, der KK ca. 60°C. Das wird hier verkauft und darauf gibt's Garantier und wer die LEDs herstellt weiß nichtmal Lumitronix.

Also können z.B. Cree- oder Nichia High-Power-LEDs eher noch mehr Hitze ab.

Also 12 bis 24 Watt pro 58000 mm^2 oder pro 580 cm^2 --- die Fläche beinhaltet bereits beide Seiten.
Bei 12 Watt lässt sich das ganze sogar so z.B. zwischen Schrank und Wand platzieren, dass so gut wie keine Luftzirkulation stattfindet und es wird trotzdem kaum mehr als Handwarm!
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TomTTiger
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Mi, 09.02.11, 12:42

Hallo,

ich gebe hier mal zu bedenken, daß ein 0,5mm dickes Alublech nicht geeignet ist, um LED's vernünftig zu kühlen.
Durch diese dünne Materialstärke bekommst du die "Hot-Spots" an der LED garnicht schnell genug weggeleitet bzw. verteilt.

Ich arbeite immer mit Materialstärken von min. 2,5mm

Grüße
Tom 8)
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Mi, 09.02.11, 12:50

Das sehe ich anders. Natürlich hat man einen höheren Wärmewiderstand, aber gerade bei z.V. der Cree XR-E mit der für ihre 3 Watt (bei 1000 mA) schon fast riesigen Grundfläche sehen ich überhaupt gar kein Problem. Etwas kritischer wird's natürlich bei der XP-G mit 1500 mA oder der XM-L mit 3000 mA, da würde ich zwar auch 1 mm oder mehr Matrialstärke empfehlen, aber auch das müsste mit 0,5 mm noch genug kühlen, die XM-L z.B. darf bis 150°C heiß werden (am LED-Chip natürlich nur). Selbstverständlich würde ich keinesfalls so dünnes Material wählen, denn die Notwendigkeit dazu ist fast nie gegeben und es entstehen ja auch Materialspannungen. Meine Haupt-Sorge wäre, dass der Wärmeleitkleber das nicht allzu lange mitmacht, wenn er es aber mitmacht und die Rückseite der Stelle, an der die LED angebracht ist unter 100°C bleibt, dann sollte alles OK sein --- dennoch ist es für v.A. Effizienz, aber natürlich auch Lebensdauer sinnvoll, diese Temperatur <60°C zu halten.

Es kommt also auf die LED an --- die XR-E verursacht auch deutlich unterscheidbare wärmere Bereiche um die LED herum, auch schon bei 1 mm Alu-Stärke, bei 0,5 mm wird es aber ganz sicher noch nicht bedenklich --- die neureren, kleineren LEDs haben allerdings eine vielfache Leistungsdichte der doch schon etwas "angestaubten" XR-E! Da kommt bei den Watt pro Fläche auch keine Herdplatte mehr mit! (Genau wie bei CPUs)
polofreak
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Mi, 09.02.11, 13:16

vielen Dank für eure Antworten, ich hab mal noch ein wenig weiter gegooglet neben her und ich hab mal was berechnet, ob das so stimmt weiss ich allerdings nicht.

Wärmewiderstand von AL: 0,0042 K*m/W
Fläche: 0,39 sqm
Dicke: 0,0005 m

Rth = 0.0005 m / (0,39 sqm * 0,0042 K*m/W)
Rth = 0.3052 K/W
Erlaubt man also eine Temperaturzunahme von 20 K
P = 20 K / 0.3052 K/W
P = 65.52 W
wenn dem dann so sei, dann würde mir das gut reichen, wenn wir mal so von 60 lm / W Effizienz ausgehen, dann wären das noch stolze 3931 lm.

Die Frage ob sich die Hitze Schnell genug im Alu Verteilt oder nicht bleibt damit noch unbeantwortet, aber ich denke es wäre ein Versuch wert :)

Stimmt meine Rechnung so????

vielen Dank euch
Borax
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Mi, 09.02.11, 14:05

Hängt sehr stark davon ab, wie das Alu-Blech montiert wird.
Schau Dir mal diese 'Kühlkörper-Anleitung' an (isb. Seite 8 ): http://www.htl-rankweil.at/grass/texte/ ... oerper.pdf
Das Diagramm zeigt die thermischen Widerstände blanker quadratischer Bleche bei senkrechter Anordnung. Bei waagerechter Anordnung muss die Fläche um den Faktor 1,3 größer gewählt werden. Bei geschwärzte Blechen kann die Fläche um den Faktor 0,7 verkleinert werden.
Kühlblech.jpg
Kühlblech.jpg (31.63 KiB) 6167 mal betrachtet
polofreak
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Do, 10.02.11, 09:10

Vielen Dank Borax,

das gibt doch ein wenig aufschluss, auch wenn leider die Grafik nicht bis auf die 0.39sqm geht :/ Zur Grafik noch: S ist die Seitenlänge der quadratischen Bleche.
Wenn ich mir diese Grafik und auch die dahinter stehende Rechnung anschaue, dann kann mein selbst errechnetes Rth von 0.3052 K/W eigentlich nicht stimmen :(
Allerdings müsste es eher höher sein als ich berechnet hab, was mich guter Dinge stimmt :) ich werde es glaube ich einfach mal versuchen. :) Ich hab vermutlich kein Infrarotmessgerät um das danach genau zu messen, aber wenn ich irgendwo eins organisieren kann, dann melde ich mich wieder mit den praktische Ergebnissen :)

Vielen Dank auch an 93+ und TT ;)
Borax
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Do, 10.02.11, 09:23

auch wenn leider die Grafik nicht bis auf die 0.39sqm geht
Nein, aber Du kannst die 'notwendige' Fläche pro LED abschätzen. Und das sollte ja reichen. Grob gesagt reicht ein 10x10cm großes Blech mit mind. 1mm Stärke bei senkrechter Montage für knapp 3W bei einer Temp. Erhöhung um 20K. Bei 0.5mm würde ich mit 12x12cm rechnen. Bei der geringen Stärke würde ich aber ggf. Star-Platinen als 'Wärmevorverteiler' planen.
Bzgl. Infrarotmessgerät...
Vorsicht bei Messungen auf/an blanken Metallen! Einfache Infrarotmessgeräte kommen damit gar nicht klar und bessere muss man an die Oberfläche anpassen (kalibrieren).
tommi
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Do, 10.02.11, 09:35

Borax hat geschrieben:
Bei 0.5mm würde ich mit 12x12cm rechnen.
Zahlt sich da wirklich die zusätzliche Fläche noch aus? Ich hätte eher Bedenken dass die Wärme überhaupt gut bis an den Rand geleitet wird und damit noch einen Effekt hätte. Würde eher mit der Leistung runter gehen.
Borax
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Do, 10.02.11, 10:32

Würde eher mit der Leistung runter gehen.
Das ist auf alle Fälle eine gute Idee. Isb. bei der Leistung pro LED. Aber bei Deinen 30cm x 130 cm hast Du ja bei einer Aufteilung in 12cm x 12cm Quadrate immer noch 'Platz' für über 20 solcher Quadrate entsprechend 60W...
Planitzer
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Fr, 24.01.14, 11:52

Hallo Experten
Ich habe meinen Deckenfluter umgebaut. Auf ein 1mm AluBlech 18 cm Durchmesser 5 Stck ! Watt Led :
Technisches:
Leistung: 1W pro LED
Spannung: 3,2-3,4V
Strom: max. 350mA
Lichtstrom: 80-90 Lumen
Lichtfarbe: Weiß
Farbtemperatur: 6000-6500K
Öffnungswinckel: ca. 120°

mit Wärmeleitpaste aufgebracht auch auf das Blech angeschraubt mit Schrauben M2. Wenn ich einschalte fangen die Led nach 30 - 40 Min an zu flackern? Die Stromversorgung ist ein Netzteil:
Allgemeine Eigenschaften:
Betriebsart step down
Anzahl LEDs weiß, blau, grün 4 - 7
Anzahl LEDs gelb, rot, orange 8 - 12
Anzahl LEDs infrarot 10 - 15
Betriebstemperatur -25 - 85°C
Gehäuse ohne Laschen (LxBxH) 40 x 45 x 20 mm
Bohrung (Laschen) ca. 3,2 mm
Elektrische Eigenschaften:
Eingangsspannung 230 V AC
Ausgangsstrom max. 350 mA
Wirkungsgrad 85 - 95 %
Sonstiges:
RoHs konform ja
Schalte ich dann aus leuchten sie noch 2 - 3 mal auf?
Wie kann ich das ändern? Werden die Led zu heiß? Das Blech wird handheiß. Ist die Kühlfläche zu klein? Wer kann mir helfen?
mfg
Planitzer
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Achim H
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Fr, 24.01.14, 12:30

Wenn ich einschalte fangen die Led nach 30 - 40 Min an zu flackern?
Wie heiß ist die Konstantstromquelle, wenn das Blinken anfängt?

Schalte ich dann aus leuchten sie noch 2 - 3 mal auf?
Jede netzbetriebene Konstantstromquelle funktioniert mit Gleichspannung. Die Netzspannung wird gleichgerichtet und in einem Kondensator (Elko) zwischengespeichert. Beim Aussschalten ist die KSQ nicht augenblicklich aus, sondern der Kondensator hat noch etwas Energie geladen, die er an die Elektronik abgeben kann. Diese versucht damit die Spannung (die Restspannung aus dem Kondensator) zu transformieren. Das Blinken hört von alleine auf, wenn der Kondensator restlos leer ist.

Werden die Led zu heiß?
Wohl kaum.
Das Blech ist Ø18cm.
Etwas weiter oben ist eine Grafik "Kühlleistung von quadratischen Blechen".
Umgerechnet würde die Fläche einem quadratischen Blech mit ca. 16cm Seitenlänge entsprechen.
Bei 1mm Dicke würde das Blech eine Kühlleistung von ca. 4,3K/W haben.

Montiert sind 5 Leds.
Jede Led hat eine Leistung von 3,2V x 0,35A = 1,12W

5 Leds = 5x 1,12W = 5,6W

Bei ca. 4,3K/W würde sich das Blech nur um 5,6W x 4,3K/W = 24,08K erwärmen --> gleichbedeutend mit 24,08°C.
Da muss jetzt nur noch die Raumtemperatur draufgerechnet werden.

Aber Du schreibst selber, dass das Blech nur handwarm wird.
Von daher können wir uns weitere Rechnungen eigentlich schenken.
An übermäßig viel Wärme liegt es nicht.

Anzahl LEDs weiß, blau, grün 4 - 7
Anzahl LEDs gelb, rot, orange 8 - 12
Anzahl LEDs infrarot 10 - 15
Handelt es sich um diese Konstantstromquelle?
Link zu Ebay: 230V Konstantstromquelle für 4-7x 1W 350mA High Power LED / KSQ Treiber
Planitzer
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Fr, 24.01.14, 12:55

Hallo
und danke für die schnelle Antwort.
Also das Blech wird handheiß. Mit dem Elko na klar bin ja Elektriker das müsste ich wissen. Es ist diese Konstantstromquelle sie ist auch an dem Blech befestigt. Wo kommt auch das leichte glimmen der Led´s im ausgeschaltetem Zustand her? Das Blech ist ja geerdet weil die ganze Lampe einen Schutzleiter haben muß.
mfg
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Fr, 24.01.14, 13:23

Wo kommt auch das leichte glimmen der Led´s im ausgeschaltetem Zustand her? Das Blech ist ja geerdet weil die ganze Lampe einen Schutzleiter haben muß.
Möglicherweise eine kapazitive Einkopplung.
Das bekommt man eventuell mit 2 Stück Y2-Kondensatoren (2,2nF) in den Griff.

Jeweils 1 Kondensator zwischen
L1 <--> PE
N <--> PE
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Fr, 24.01.14, 13:23

Zum Schutzleiter:
Dieser ist primärseitig. Da die Sekundärseite galvanisch getrennt ist, also einen eigenen Stromkreis bildet, wirkt sich der Schutzleiter nicht auf diese Seite aus (außer evtl. im Fehlerfall).

Zum Fehler:

Da sehe ich zwei Möglichkeiten:

Entweder ist die wärmeleitende Verbindung mindestens einer LED zum Kühlblech nicht optimal, z.B. durch zu viel Wärmeleitpaste, oder eine der LEDs hat einen Fehler.

Prüfe mal mit dem Finger, ob eine der LEDs wärmer wird als die anderen.

Sollte das nicht der Fall sein, überbrücke mal eine nach der anderen um eine fehlerhafte LED auszuschließen. Die KSQ gibt das ja her, da sie ab 4 LEDs betrieben werden kann.

Und beim Schreiben noch eine Fehlermöglichkeit eingefallen:

Durch die Erwärmung und die dadurch entstehende Dehnung des Materials könnte auch ein Feinschluss an den Lötstellen entstehen, der die KSQ überlastet.
Planitzer
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So, 26.01.14, 09:25

Hallo
Also ich habe das Netzteil von der Kühlfläche getrennt und siehe da die Led flackern nicht mehr. Ich bin sehr zufrieden. Die Lampe leuchtet den Raum so aus wie gewünscht. Anbei ein Bild des Kühlbleches mit den 5 Led.

mfg
Planitzer
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Led Lampe.jpg
Kühlblech mit Led´s
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