Wärmeleitmaterial / Alu U Profil

Haben Sie produktspezifische Fragen ?

Moderator: T.Hoffmann

tommes
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Fr, 12.07.13, 16:14

Ich hab nun mehrere Mölichkeiten der verschiedenen Materialen zur Wärmeableitung gesehen.
Kleber
Paste
Pads
Folie
Nun habe ich hier gelesen das wohl der Kleber am besten sei. Sind denn die anderen genannten Materialien gänzlich unbrauchbar ?
Und auf was muss man achten bei der Auswahl ? Kleber ist ja sicher nicht gleich Kleber, da gibts doch auch Qualitätsunterschiede denk ich.

Von wegen dem Aluprofil, da habe ich einen, ja wie will man das nennen, Kühlkörperselbstbau gesehen aus Alu U Profil.
In dem Fall ging es um 40x40x40x4 mm Aluprofile die mechanisch verbunden wurden sodas ein Kk. mit ca. 80x30 cm entstand und mit ca. 150w Leds ausgestattet wurde.
Mal abgesehen das fertige Kühlkörper sicher nicht teurer als zig Meter Alu Profil sind, müssen die doch auch irgendwie die Wärme ableiten, wenn die seitlich befestigt werden muss doch sicher auch irgendein Wärmeleitmaterial dazwischen damit die Wärme auch gleichmäßig abgeführt wird.
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Fr, 12.07.13, 17:36

tommes hat geschrieben: Nun habe ich hier gelesen das wohl der Kleber am besten sei. Sind denn die anderen genannten Materialien gänzlich unbrauchbar ?
Ich würde die Reihenfolge von gut nach schlecht mal so ansetzen:

1. Paste
2. Kleber
3. Pads/Folie

Wobei es natürlich auch auf die Qualität ankommt. Wärmeleitpaste aus dem letzten Loch kann sicher schlechter sein, als guter Kleber von z.B. Arctic Silver.
Prinzipiell ist jedoch Paste am Besten, da man durch geringe Schichtdicke und recht großen Anpressdruck durch Schrauben die beste Verbindung bekommt. Nur bei LEDs ist Kleber oft die einfachere Möglichkeit wenn man sich nicht zu löten traut, da schrauben meist schwierig wird. Außer natürlich man kauft LEDs auf Platine und schraubt dann auf KK, aber von solchen Sandwiches halte ich nicht viel.
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Fr, 12.07.13, 19:17

Es reicht auch ein thermisch härtendes Epoxidharz zu verwenden. Auch hier wird die Schicht zwischen den Materialien bei der thermischen Härtung sehr dünn, gut wärmeleitfähig und absolut plan. Das Harz wird unter ausreichend Wärme (höher 120°C) dünn wie Wasser, es füllt alle kleineren Hohlräume sauber aus und verklebt dadurch vollflächig. Ein Nachteil: Das Harz geht nicht wieder runter, also ein Austausch der LEDs wird schwierig, ist aber bei den meisten Wärmeleitklebern auch nicht anders. Ich verwende gerne Uhu-Endfest, der kann bis max. 180°C zur Härtung vertragen, ab 120°C ist die Klebestelle mit bis zu 150 kg/qcm Zugkraft belastbar, bei 180°C sind es sogar 250 kg/qcm. Dabei ist das Harz nach Minuten gehärten.

Habe ein Alugetriebe damit geklebt (Planetengetriebe) das Werkzeug leistet 750 Watt und hält inzwischen seit mehreren Jahren bei nahezu täglichem Einsatz.
tommes
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Fr, 12.07.13, 20:25

Okay, danke sehr.
Mhh, ich denke Paste und Schrauben ist zum wieder entfernen erstmal das Beste :roll:
Kürzlich hab ich als Gastleser in nem Aquaforum gelesen das jemand einfachen Sekundenkleber nahm, kam selbst mir merkwürdig vor.

Zum Alu kann man nix sagen ?
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Fr, 12.07.13, 21:09

tommes hat geschrieben: Zum Alu kann man nix sagen ?
Weiß nicht so genau, was du meinst.
Wenn man Profile zusammen schraubt, kann man dort auch super mit Wärmeleitpaste arbeiten. Ist zwar nicht ganz so gut, wie aus einem Strang, aber bei den großen Flächen die dort aufeinander liegen, durchaus ausreichend.

Ich würde aber allein schon wegen des Aufwandes eher was fertiges nehmen und gut.
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Sa, 13.07.13, 00:15

Der Vorteil von Alu-U-Profilen ist, das man oft keinen Kühlkörper mehr benötigt sondern alleine das Alu-Profil schon ausreicht. Solche Profile zu berechnen ist nicht wirklich eine Kunst, dezenter kann man Kühlung nicht realisieren, denn so ein Profil fällt richtig verarbeitet nicht als Kühlkörper ins Auge sondern als Rahmen, Träger oder Gehäuse.
tommes
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Sa, 13.07.13, 10:02

@beatbuzzer, ja genau das war meine Frage, weger der Leitfähigkeit der Profile.
Die waren so UUUUUU angeordnet, das Ganze 80 cm lang, um die Wärme über die ganze Fläche abzuleiten müsste ja zwischen den Profilen, hier so <> gekennzeichnet, eine Wärmeüberleitung sein, U<>U, U-Paste-U-Paste-U und so weiter.

@Mr.Fix, fürs Auge wäre das echt eine Alternative aber nach der Berechnung wage ich mich nicht zu fragen, dass schnall ich eh nicht :oops:

Naja, auf jedenfall fand ich die Sache zum einen sehr witzig da bei dem Erbauer die Berechnung auf folgender Grundlage basierte: "Wieviel Profile man braucht weiss ich nicht wirklich, die Hauptsache ist, es ist viel" :mrgreen:
Zum anderen gefiel mir diese Konstruktion mit den Profilen sehr gut, weils halt gut aussah aber mit "Hauptsache viel" kann ich nun nichts anfangen, dass muss schon hiebfest sein.
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Sa, 13.07.13, 10:27

Mit der Menge an LED-Leistung hatte ich noch nichts zu tun, da ich nur Raumbeleuchtung mache. Dort teilt sich eine höhere Leistung immer auch auf eine größere Fläche auf, da man ja normalerweise eine schatten- und blendfreie Beleuchtung möchte und keine zweite Sonne bauen will.

Ansonsten muss eine Berechnung auch Variablen wie Einbaurichtung, Luftvolumen am Einbauort, Luftzirkulation usw. beinhalten damit ein brauchbares Ergebnis rauskommt. Und deshalb probiere ich sowas lieber einfach aus, bevor ich es rechne:
Alle 5 min. Hand dran und wenn die Haut kleben bleibt, dann wird langsam zu warm :mrgreen:

Aber ernsthaft. Wenn man in der Größe wie 150W bauen will, dann brauchts vorher schon einen Plan. Bei einem fertigen Strang-KK kann man auf Wärmeableitwerte (K/W) des Herstellers zur Berechnungsgrundlage zurück greifen. Beim Eigenbau muss man sich diesen Wert aber auch erst noch ermitteln.
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Sa, 13.07.13, 11:01

Nun ja, mein Handrücken hat schon mal Bekanntschaft mit der Schutzscheibe meiner HQI gemacht, hat mir auch vollkommen ausgereicht, tut nicht not so die Wärme zu ermitteln :mrgreen: Zwei Hautschichten waren weg von der Größe eines zur Hälfte gefaltenen 5 Euro Scheins.

Jaaa, div. Dinge bzl. LED zu ermitteln ist nicht grade meine Passion, naja vielleicht hilft mir ja einer auf die Sprünge :idea:
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Sa, 13.07.13, 12:00

tommes hat geschrieben: Jaaa, div. Dinge bzl. LED zu ermitteln ist nicht grade meine Passion, naja vielleicht hilft mir ja einer auf die Sprünge :idea:
Schlag doch erstmal was konkretes vor, was du bauen willst. Oder hab ich das überlesen?
Dann können wir auch mit Zahlen rechnen, und nicht nur mit Buchstaben :wink:
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Sa, 13.07.13, 12:46

In Punkto Wärmeableitung machen wir uns doch eigentlich selbst etwas vor. Bei den geringen Leistungen, mit denen wir hantieren, macht es eigentlich keinen großen Sinn, das NonplusUltra zu verwenden.

Um einfach mal ein paar Zahlen in der Raum zu werfen.
eine 50 Watt Led (Wärmewiderstand: 0,3K/W) soll gekühlt werden (unter der Voraussetzung, dass ein passender Kühlkörper bereits existiert). Den Wärmewiderstand der Led können wir nicht ändern. Wir haben nur die Wahl der Zwischenschicht (Paste, Kleber, Folie/Pads).

Wärmeleit... (0,1K/W):
0,3K/W + 0,1K/W = 0,4K/W
0,4K/W x 50W = 20K --> 20°C

Wärmeleit... (0,05K/W):
0,3K/W + 0,05K/W = 0,35K/W
0,35K/W x 50W = 17,5K --> 17,5°C

Wärmeleit... (0,005K/W):
0,3K/W + 0,005K/W = 0,305K/W
0,305K/W x 50W = 15,25K --> 15,25°C

Wir machen uns also Gedanken, um maximal 4,75°C Temperatur-Unterschied.
Wahrscheinlich würde dafür auch ein Klecks Margarine reichen.
tommes
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Sa, 13.07.13, 12:53

Okay, ich lass mal die vorherigen Planungen weg.
Ausgehend von meinen Chinaböller, die heute übrigens mit Fehlmenge geliefert wurden, bin ich bei 18 x 10W, die ich zu 70% nutzen möchte, aber die Berechnung soll ruhig für 180W sein.
Ich würde die besagten Aluprofile verbinden um auf eine Größe von 1000 x 300 mm zu kommen. Öhhm, ja, da müsste ich da das richte Maß der Profile wissen, das wär es eigentlich schon. Vereinfacht gesagt brauche ich etwas, was die 5 x V6506K ersetzt.

Edit sagt grade der Beitrag von Achim hat sich überschnitten mit meinem.
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Sa, 13.07.13, 13:34

Mehrere Kühlkörper zu einem großen zusammensetzen ist eine Heidenarbeit.
Kühlkörper sind von Haus aus krumm wie Hulle.
Die Kühlkörper müssen an den Seiten plan gefräst/geschliffen werden, damit diese zusammengesetzt werden können. Die Montage-Fläche muss anschließend ebenfalls plan gefräst/geschliffen werden.

Alternative:
Kauf Dir gleich einen in passender Größe.
Zum Beispiel: SK157 von Fischer-Elektronik.

Ausgehend von einer Umgebungstemperatur von 25°C, einer max. Kühlkörpertemperatur von 70°C, einer Leistung von 180 Watt und einer Effizienz von 70% wäre ein Kühlkörper mit einem max. Wärmewiderstand von 0,182K/W erforderlich.

Bild
Wie man dem Graphen entnehmen kann, hat dieser KK bei 200mm Länge schon einen Wärmwiderstand von nur noch 0,21K/W. Damit man die 180 Watt passiv nutzen kann (also ohne Lüfter), müsste der Wärmewiderstand auf 0,182K/W abfallen. Denk Dir den Graphen bis 1000mm Länge.

Wie teuer ein 1000mm langes Profil ist, kann man bei Fischer anfragen (Link siehe oben).
tommes
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Sa, 13.07.13, 13:58

Hi,

also wenn die Kurve in dem Graphen kontinuierlich abfällt müste quasi einer mit 400 - 500 mm her oder 2 mit 200 mm ?
Ich würde es gerne so Dimensionieren das die Temparatur unterhalb von maximal liegt, trotzdem noch mit Lüfter ausstatten damit noch weniger Wärme entsteht aber im Fall das ein Lüfter abraucht die Temparatur gehalten wird, also vereinfacht gesagt, kälter als eigentlich gewünscht wird.
Gut, ich würde das dem Selbstbau mit Profilen natürlich vorziehen.....man, in den Berichten die man so liest sieht alles so simpel aus, ist es aber wohl doch nicht.
Loong

So, 14.07.13, 07:46

Welche/wieviele LEDs bei welchen Betriebsbedingungen willst Du auf wieviel Fläche verteilen? Solange man das nicht weiß, kann man sich die Trockenübungen getrost sparen.

Der SK157 ist elend teuer.
tommes
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So, 14.07.13, 10:19

18 x 10W Chinaarrays, Fläche ca. 100 x 30 cm, die Fläche ist aber nicht ganz so relevant. Kühlung nicht nur ausreichend, lieber etwas besser kühlen.
Loong

So, 14.07.13, 19:09

Servus...

Die 18 LEDs wirst Du wohl flächig verteilen, um eine gleichmäßigere Ausleuchtung hinzubekommen. Drei Reihen à 6 LEDs oder zwei Reihen zu 9 LEDs, oder so ungefähr.

Bei einer flächigen Verteilung der Wärmequellen kann man aber nicht mehr mit dem vom Hersteller angegebenen Wärmewiderstand rechnen, weil der mit einer konzentrierten Wärmequelle ermittelt wurde. Bei einer flächigen Verteilung kannst Du den Kühlkörper gedanklich in Teilstücke aufteilen, von denen jedes nur den Wärmewiderstand zu haben braucht, um die auf dem jeweiligen Teilstück montierten LEDs zu kühlen. Diese Rechnung führt zu deutlich moderateren Wärmewiderständen als die Rechnung mit einer konzentrierten Wärmequelle.

Rechnen wir mit drei Reihen zu 6 LEDs. Dann kommen auf 100 cm/6, also auf 17 cm 3 LEDs à 10 Watt. Gehen wir vom ungünstigsten Fall aus, daß die 10 Watt komplett in Wärme umgesetzt werden. Ich habe Datenblätter von China-LEDs gesehen, die eine maximale Gehäusetemperatur von 60 °C zulassen. Die höchste Umgebungstemperatur betrage 35 °C. Dann darf ein 17 cm langes Teilstück des Kühlkörpers einen maximalen Wärmewiderstand von (60 - 35) K/30 Watt = 0,83 K/W besitzen. Und dafür finden sich bei Fischer jede Menge, auch deutlich günstigere als der sündteure SK157.

Was ich hier schreibe, ist keine graue Theorie, sondern von mir in der Praxis mit meinem Tomatenstrahler (siehe rotes Forum) erprobt. Der setzt 81 Watt elektrische Leistung um, der Kühlkörper ist ein Fischer SK 92 1000 SA. Bei den derzeitigen Umgebungstemperaturen erreicht der Kühlkörper lediglich 42 °C.
tommes
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Mo, 15.07.13, 08:23

Moin,
danke sehr für die Erklärung.
Ich glaube so langsam dämmerts mir.
Also zwingend notwendig zur Berechnung ist die erlaubte Chiptemparatur ?
In dem Fall geschätzte 60°, davon ziehe ich die maximale Umgebungstemparatur von 35° ab
und teile dies durch die Wattage des Chips ?
Mal eben ne theoretische Rechnung ob ich richtig liege:
Ein Chip 10w soll gekühlt werden, 60 - 35 = 25 : 10 = Kühlkörper 2,5 K/W
Wenn ich aber weiss das meine Bude maximal 25° erreicht, 60 - 25 = 35 : 10 = Kühlkörper 3,5 K/W

Noch Mal blöd gefragt zu den Graphen: die vertikale Bezifferung ist der Wärmewiderstand, die Horizontale betrifft die Größe des Kk. ? http://www.reichelt.de/Stiftkuehlkoerpe ... K+PGA36X36
Wenn ich richtig liegen sollte, hat der Kk. bei 36 mm dann einen Wärmewiderstand von ca. 2,8 K/W
Hoffentlich habe ich mich nun nicht blamiert.
Loong

Mo, 15.07.13, 11:02

Servus...
tommes hat geschrieben:Also zwingend notwendig zur Berechnung ist die erlaubte Chiptemparatur ?
Jein. Es gibt LEDs, bei denen der Hersteller deutlich mehr erlaubt als nur 60 °C bei den erwähnten Chinakrachern. Aber auch dann empfiehlt es sich, aus Gründen der Lebensdauer und Lichtausbeute von der maximal möglichen Temperatur wegzubleiben. 60 °C Gehäusetemperatur der LED halte ich eigentlich für einen ganz guten Kompromiss zwischen Kühlaufwand und LED-Performance.
In dem Fall geschätzte 60°, davon ziehe ich die maximale Umgebungstemparatur von 35° ab
und teile dies durch die Wattage des Chips ?
Eigentlich trägt zur Erwärmung der LEDs nur der Anteil der zugeführten elektrischen Leistung bei, der auch in Wärme umgewandelt wird. Ein guter Teil (zwischen 20 und 40 %, je nach LED) geht ja als Licht wieder weg. Wenn Du mit der Wattage des Chips rechnest, bleibst Du aber auf jeden Fall auf der sicheren Seite.
Mal eben ne theoretische Rechnung ob ich richtig liege:
Ein Chip 10w soll gekühlt werden, 60 - 35 = 25 : 10 = Kühlkörper 2,5 K/W
Wenn ich aber weiss das meine Bude maximal 25° erreicht, 60 - 25 = 35 : 10 = Kühlkörper 3,5 K/W
Ja, die Rechnung ist richtig. Allerdings solltest Du die Umgebungstemperatur nicht zu knapp ansetzen.
Noch Mal blöd gefragt zu den Graphen: die vertikale Bezifferung ist der Wärmewiderstand, die Horizontale betrifft die Größe des Kk. ? http://www.reichelt.de/Stiftkuehlkoerpe ... K+PGA36X36
Wenn ich richtig liegen sollte, hat der Kk. bei 36 mm dann einen Wärmewiderstand von ca. 2,8 K/W
Nein, in diesem Fall nicht. Die Abszisse ist mit "v[m/s]" skaliert, das ist die Geschwindigkeit des Luftzugs, der um den Kühlkörper streicht. Solche Stiftkühlkörper haben eng stehende Kühlfinnen, welche die passive Konvektion behindern. Das erkennt man im Diagramm daran, daß der Wärmewiderstand zu geringer werdenden Luftgeschwindigkeiten stark ansteigt. Solche Kühlkörper sind dazu gedacht, in gut durchlüfteten Umgebungen eingesetzt zu werden, z. B. in PC-Gehäusen. Für den rein passiven Einsatz halte ich sie für nicht besonders geeignet, lüfterunterstützt können sie jedoch ganz hervorragende Kühlleistungen erreichen.

Damit wir uns nicht falsch verstehen: Ich habe Dir nicht dazu geraten, jede LED mit einem eigenen Kühlkörper zu versehen. Du kannst schon einen großen Kühlkörper verwenden. Zur Berechnung kannst Du den Kühlkörper aber gedanklich in Abschnitte unterteilen, auf denen jeweils nur eine Teilmenge der LEDs sitzt. Relevant ist nur die Leistung der LED-Teilmenge und der Wärmewiderstand, den ein Kühlkörperabschnitt besitzt. Diese Herangehensweise führt zu einem kleineren Kühlkörper.

Grüße
Robert
tommes
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Mo, 15.07.13, 11:37

Jo vielen dank nochmals.
Zum letzten Absatz:
Ich hatte das auch nicht als Ratschlag einen kleinen Kk. zu verwenden aufgefasst sondern wollte nur sehen ob meine Deutung bzl. des Graphen richtig ist. Naja leider falsch.

Also das diese Thematik keine 0815 Angelegenheit ist habe ich ja vermutet aber so demaßen komplex hätte ich das nicht erwartet, ich bin veblüfft über die Vielschichtigkeit.
tommes
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Di, 16.07.13, 09:39

Moin,

habe mal das Bild von dem Selbstbau des Kk. hochgeladen. Auf diesem Teil sind 55 x 3W drauf. Wäre zwar interessant für mich aber ich bin da sehr skeptisch, zum einen keinerlei Angaben zu dem Wärmewiderstand, zum anderen sehe ich auch von den Kosten gar keinen Vorteil, das Profil ist 40x40x3 mm, 8 x 800 mm = 6400 mm, der Meter kostet sicher ca. 7,00 - 10,00 €, da kann ich mir auch Kühler fertig kaufen. Oder macht diese Konstruktion irgendeinen Sinn ?
Dateianhänge
2012-03-21-22-27-48.jpg
Alukühlkörper diy
2012-03-21-22-27-48.jpg (194.53 KiB) 4119 mal betrachtet
Loong

Di, 16.07.13, 10:35

Servus...

Da hat aber jemand viel Zeit zum Basteln gehabt. Wenn man nicht günstig an die Profile herankommt, sehe ich auch keine Vorteile. Zudem stellt sich der Wärmewiderstand der Konstruktion erst hinterher beim Ausprobieren heraus.
tommes
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Di, 16.07.13, 10:49

Hi,
mhh okay, also Glücksrad, muss nicht sein.
Möchte aber kurz noch auf Einzelkühlkörper eingehen. Welche Relevanz hat die Form des Kk. ?
Z.B. dieser http://www.reichelt.de/Profilkuehlkoerp ... nr=V+4329H
Würde mir beim Bau erhebliche Vorteile bringen und ich könnte mehrere Positionen ausprobieren sodas ich die bestmögliche Ausleuchtung habe, d.h. jede Led so positionieren wie ich sie haben möchte, kann mit 3 oder 4 starren nicht oder nur sehr wenig.
Borax
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Di, 16.07.13, 11:21

Welche Relevanz hat die Form des Kk
Zunächst mal keine. Die Kühlleistung wird ja für den (wie auch immer geformten) 'ganzen' Kühlkörper angegeben.
ABER: Die angegebene Kühlleistung gilt nur für die 'vorgesehene' Ausrichtung (die z.B. beim verlinkten Kk natürlich senkrecht ist). Je nach Form des Kk wirkt sich eine davon abweichende Ausrichtung unterschiedlich stark auf die dann resultierende Kühlleistung aus. Die Übersicht von Achim: viewtopic.php?p=166551#p166551 gilt ja eigentlich nur für Standard-Strangkühlkörper (eine flache Vorderseite und Lamellen auf der Rückseite). Wenn man die letzten beiden Ausrichtungen mittelt, dann müsste der verlinkte Kk bei horizontaler Ausrichtung vmtl. etwa 65% der angegebenen Standard-Kühlleistung also rund 3.5K/W haben.
tommes
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Di, 16.07.13, 12:00

Ich bin jetzt auf 3,3 k/w gekommen aber sehr wahrscheinlich ist Speditionsrechnen anders als elektronisches Rechnen :D
2,0 k/w : 100 = 0,02 / 0,02 x 65 = 1,3 / 2,0 + 1,3 = 3,3 k/w naja egal kommt ja hin.

Bei ner Umgebungstemparatur von 25° würde es immer noch passen, wenn auch grenzwertig, da es aber geschätzte Daten bzl. des Chips sind ist mir das noch zu heikel. Ich kann mit ziemlicher Sicherheit sagen das die Raumtemparatur nicht über 27 - 28° ansteigt, dass sehe ich am Aquarienwasser bzw. am Thermometer, auf der anderen Seite wären 10w = 100% Wärme der ungünstigste Fall.
Bei 700 mA hätte ich 7w, bei geschätzten 30% Licht und 70% Wärme wären das 4,9w die in Wärme abgegeben werden.
Aufgerundetete 5w ergeben dann einen Wärmewiderstand von 5 k/w ----- 60°- 35°= 25 : 5W = 5 k/w

Ich hoffe ich hab mich nun nicht vollends blamiert, dann schmeiss ich alles hin :x
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