Kühlkörper für LEDs

[maos]

Hallo ihr LEDprofis,

nach dem ich jetzt auch schon seit geraumer Zeit alle neuen Beiträge in diesem Forum verschlinge, schreib ich doch jetzt auch mal einen Beitrag. Das Thema hatten wir vielleicht schon, allerdings wollte ich die ganze Sache auch noch mal für andere zusammenfassen...

Bei den Vorhaben, die ich plane, stellt sich mir immer die Frage der Kühlung der (HighPower-)LEDs. Klar ich weis, dass es hier im Shop allerlei Kühler gibt. Gerade der Sternkühler ist ja schlichtweg der Klassiker bei den Lumitronikern. Aber ich möchte einfach mal prinzipiell wissen wie man annähernd bestimmen kann welche Leistung ein Kühlkörper abführen kann. Faustformel?

Ok, der maos ist ja nicht doof und hat natürlich mal den google in seine Archive geschickt um mehr über das Thema herauszufinden. Hier mal die Definition, die ich fand:

Kühlkörper besitzen eine gute Wärmeleitung, eine große Oberfläche und bei schwarzer Farbe einen großen Emissionskoeffizienten für Wärmestrahlung. Sie sollen möglichst viel Wärme von der Unterseite an die umgebende Luft abgeben. Die abgegebene Leistung hängt auch von der Temperaturdifferenz zwischen Kühlkörper und Umgebung ab.
Als Kennwert eines Kühlkörpers wird der sog. Wärmewiderstand angegeben.
Beim Vergleich mit einem elektrischen Widerstand entspricht die Wärmeleistung dem elektrischen Strom und die Temperaturdifferenz der elektrischen Spannung. Daher ist der Wärmewiderstand definiert als RTh = ΔT / ΔP.

Ok soweit so die Definition... das man jetzt durch einen Versuchsaufbau mit def. Wärmequelle, Temperatur-, Strom- und Spannungsmessung durchaus diesen Wärmewiderstand bestimmen kann ist mich auch klar.
Aber so wirklich schlauer bin ich noch nicht ganz, bei der Frage ob es neben dem Selbstversuch nicht doch irgendeine andere Faustformeln gibt.

Und wie kann ich denn die Wärmeleistung der LEDs bestimmen? Aus der Effizienz?
Sprich, beispielsweise 90% Effizienz bedeutet, 10% wird in Wärme umgewandelt. Bei diesem Bsp. werden also bei einer 700mA Beschaltung, 70mA in Wärme umgewandelt?

So jetzt kommt ihr zum Zuge! Ich danke euch jetzt schon mal für eure Ideen, Meinungen, Anregungen!

Schöne Grüße aus Nihon,

maos

[Sailor]

Schau Dir mal diese Diskussion an.

Es sind aber noch einige im Forum.

Ich hoffe, es hilft Dir schon mal weiter!

[maos]

Vielen Dank an Sailor, für den Link!!! Das hat mich schon mal wieder etwas weiter gebracht!

Gedanke hinter meinem Beitrag war der, dass ich in einen LED-Sockel die Kühlrippen gleich mit einarbeiten möchte und da wollte ich schauen, ob die Dimensionierung reicht, bevor ich mit drehen und Fräßen anfange. Auch wird das sicher noch bei weiteren Projekten immer wieder mal die Frage sein. Siehe den einen oder anderen Taschenlampenmod, wo es um die Kühlfähigkeit des Metallgehäuses ging.

Aber so wirklich eine Faustformel konnte ich leider bis jetzt für die Leistung eines bel. Kühlkörpers noch nicht finden. Mir schwirrt da was mit Oberfläche(Güte und Größe), Material(Wärmeleitfähigkeit) und Geometrie... im Kopf rum.

Wärmeleitwert [W/K] = Wärmeleitfähigkeit [W/(m*K)]* Fläche (m²) / Dicke (m)
QUELLE: WIKIPEDIA

Aber da fehlt mir irgendwie noch die Oberfläche und die Geometrie.

Freu mich, wenn noch jemand irgendwelche Ideen, Anregungen oder Kommentare hat!

grüßle maos

[ferryman]

Oberfläche = Fläche
Geometrie ist wurscht, alles was zählt(*g*) ist die Oberfläche.
imho, richtig?

[Morbus]

Oberfläche = Fläche
Geometrie ist wurscht, alles was zählt(*g*) ist die Oberfläche.
imho, richtig?

Ja, es kommt auf die Oberfläche drauf an. Also je mehr Rippen, desto mehr Kühlung, denn dann kann leichter die Wärme an die Luft abgegeben werden.

Ist genau das gleiche mit Zucker. Kandiszucker braucht ewig und so Pulver löst sich gleich auf , weil es eine viel größere Oberfläche hat.

[maos]

...mmmh, jetzt wo ich mir das ganze nochmal mit zeitlichem Abstand betrachte, sieht die Formel gar nicht so schlecht aus! Man sollte sich die Formeln dann doch mal ein wenig genauer und in Ruhe anschauen...

Oberfläche = Fläche
Geometrie ist wurscht, alles was zählt(*g*) ist die Oberfläche.
imho, richtig?

Naja stimmt schon, aber die Geometrie ist denke ich schon entscheidend. Sie beeinflusst ja die Oberfläche . Auch bringt es nichts wenn der Kühlkörper an der Stelle, an der die Wärmequelle sitzt 3cm stark ist! und dann erst spitze "Ästchen" weg gehen. Da die Wärme sozusagen erst durch muss... Wärme breitet sich ja bei einem homogenen Körper denke ich "kugelförmig" aus, sind ja "Wärmeschwingungen" von einer best. Quelle(Erreger). D.h. folglich gilt, die Kühlleistung ist dann am besten wenn alle Wärmestrahlen möglichst schnell und gleichmäßig die Oberfläche erreichen.

Wie sieht der ideale Kühlkörper aus?

Kühlkörper.png (20.19 KiB) 3731 mal betrachtet

Dann ist der Seeigel, mal abgesehen vom Material, wohl die beste Form um seine Highpower-LED in Magen zu kühlen?

[dieter_w]

Auch bringt es nichts wenn der Kühlkörper an der Stelle, an der die Wärmequelle sitzt 3cm stark ist!

Aber eine nur 1 mm starke Grundplatte ist ebenso unvortelhaft, die Wahrheit liegt - wie so oft - irgendwo in der Mitte.

Kühlkörperprofile mit einer so ca. 3 ... 5 mm starken Grundplatte sind optimal, da sie die Wärme durch Wärmeleitung sehr gut an die Finnen verteilen, die sie dann wiederum durch Konvektion an die Umgebungsluft abgeben sollen.

[Ragnar Roeck]

Der K/W-Wert eines Kühlkörpers ist für senkrechte Montage angegeben, so wie man das z.B. bei Verstärkern/Autoradio sieht (Rippen zeigen zu Dir/von Dir weg). Liegt der Kühlkörper "flach" (Rippen nach oben, LEDs auf der Unterseite für eine Deckenlampe), so muss man (Faustregel) einen Kühlkörper mit 20% höheren Wert nehmen, um auf den gleichen K/W-Wert zu kommen. Für den unglücklichen Fall, dass die Rippen nach unten zeigen kann ich nicht mal einen geschätzten Korrekturfaktor geben.

[Morbus]

Hätte das auch so gesagt wie Ragnar Roeck. Warme Luft steigt nach oben (Teilchen sind schneller in Bewegung, dadurch stoßen sie sich weiter auseinander, dadurch geringere Dichte, dadurch steigen sie nach oben).

Meiner Meinung nach ist die Grafik falsch und das zweite Bild ist das Beste. Allerdings sollte man den Kühlkörper auch noch Quer durchschneiden, dass er praktisch aus lauter Quadraten besteht.

Achja: Wie rechnet man eigentlich die Oberfläche von einem Gegenstand aus? Ein wie feines Maßband benutzt man? Wenn man theoretisch Teilchen für Teilchen abfahren.

Also entweder so -------------------- (also mit bloßen Auge)

Oder wenn man ganz nah hingeht sieht es so aus /\/\/\/\/\/\/\/\/\/\ (unter Mikroskop z.B.)

Also wie bestimmt man die Oberflächengröße?

[rbt]

meisnt du die frage ernst ? also im normalen einsatz wird sich niemand hinsetzen und die exakte oberfläche eines sandgestrahlten kks messen. da geht man einfach von dem aus, was das menschliche auge noch easy erfassen kann und misst einfach die sichtbare fläche.

also dieses /\_/\_/\_/\ muster ohne mikroskop

und natürlich hat die geometrie einfluss auf die kühlleistung. nutzt man nen röhren kk oder doch son standard strang ... feine rippen ( bleche für aktiv) oder doch massiveres für passiv betrieb. usw. das sollte man sich alles vorher ueberlegen und das wenigste lässt sich mit faustformeln bestimmen. erfahrung hilft da meist mehr. man bekommt mit der zeit einfach nen gefühl dafür welche leistung man welchem kk anvertrauen kann.