Aufzuchtbecken für Carnivoren mit Cree XM-L Leuchte

    Hallo allerseits, nach langer abzinens möchte ich mich mit einem neuen, wenn auch keinem Projekt zurückmelden.


    Es geht um die Auslegung der Beleuchtung für ein kleines Aufzuchtbecken für Carnivoren, alias Fleischfressende Pflanzen, die ja bekannter maßen sehr lichthungrig sind. Bevor ich mit dem Bau beginnen möchte ich mir an dieser Stelle nochmal die thermische Auslegung absichern lassen.


    Ausgangssituation


    Folgende Komponenten sind bereits vorhanden:
    - 3x Kühlkörper von Fischer Elektronik ICK S R 45 x 30 (Rth = 8 K/W)
    - 1x 1400 mA Konstantromquelle inkl. passendem Netzteil
    - Wärmeleitklebstoff mit Wärmeleitfähigkeit von ca. 7,5 W/mK (Arctic Silver)
    - 1x Aufzuchtbecken (60l; 60 x 30 x 30 cm)


    Vorhaben


    Auf jeweils einen Kühlkörper soll eine Cree XM-L T6 (neutralweiß, auf Star) aufgeklebt werden und mit 1400 mA befeuert werden. Dazu wird noch folgender Reflektor verbaut. Insgesamt würden somit 3 XM-L ihren Dienst verrichten. Meine Berechnungen ergäben für das Becken 1230 lm (durch Erwärmung der LEDs reduzierter Lumenstrom bereits berücksichtigt) was einer max. Beleuchtungssärke von etwa 40000 lx entspricht (seht ihr das ähnlich?).
    Die Kühlkörper, mit den Stiften nach oben gerichtet sollen auf doppel U Profile aus Aluminium aufgeklebt werden (Epoxi Harz mit Wärmeleitpaste vermischt). Pro Kühlkörper zwei Profile, zwischen den Profilen sitzt die Led samt Reflektor. Die Profile lägen dann auf den Beckenrändern auf, somit wäre die einzelnen Einheiten auch getrennt positionierbar. Es ist also damit zurechnen, dass ein nicht unerheblicher Teil der entstehenden Wärme über diese Profile abgeleitet werden kann.


    Thermodynamik


    Folgenden thermische Widerstände habe ich ermittelt:
    Rth(LED) = 2.5 K/W (aus Datenblatt)
    Rth(Star Platine) = 5.3 K/W (aus Abschätzung, Fläche, Wärmeleitfähigkeit und Dicke der Platine)
    Rth(Klebstoff) = 0. 8 K/W (aus Forum)
    Rth(Kühlkörper) = 8 K/W (Datenblatt, Profile nicht berücksichtigt)


    Rth(gesamt) = 16.6 K/W


    Bei 1400 mA werden am Emitter 4.34 W umgesetzt. Die Frage ist, wieviel davon müssen wirklich abgeführt werden (Wirkungsgrad?)? Ich gehe im Moment davon aus dass alles abgeführt werden muss, denke aber das ist eine sehr konservative Herangehensweise?


    Mit Rth(gesamt und einer worst case Umgebungstemperatur von 30 °C käme ich auf auf eine Junction Temperatur von 100°C. Es ist hierbei zu erwähnen, dass die Kühlkörper völlig frei über dem Becken angebracht werden, d. h. mit Wärmestau,... ist nicht zurechnen. Hinzu kommt noch die Wärmeabfuhr über die angeklebten Profile....
    Laut Datenblatt verträgt die XM-L eine Junction Temperatur von 150 °C, sodass selbst mit dieser worst case Auslegung noch hohe Reserven bestehen.



    Wie seht ihr das, haltet ihr die aufgeführten Rth für realistisch, passt die thermische Auslegung, würdet ihr was anders machen?
    Ich erwäge sogar noch evtl. auf 2000 mA hoch zu gehen, dabei ergäbe sich bei gleicher herangehensweise ein gesamt Lumenstrom von 1665 lm mit max. 53.000 lx und einer Junction Temperatur von 136°C im worst case. Vertretbar?


    Also über Meinungen, Ratschläge würde ich mich sehr freuen!
    Danke.

    Ist sicherlich nicht verkehrt. Allerdings kann ich mir nicht erklären warum die Aluminium Platine so abartig schlechte Wärmeleitfähigkeiten aufweisen!? Mit Kupferplatine gibt's leider nur die T5, d.h. ich würde nochmal deutlich an lm einbüßen... Was haltet ihr generell von den zugrundeliegenden Rth? Gehen generell 1400mA, evtl. sogar 2000mA?

    Wo gibt es den neutral-weiße T6 auf Star? Bei LT ist doch nur der Emitter gelistet...
    Die 10-15% mehr Leistung des T6 würdest du dir (wenn auf Star] mit einer schlechteren Wärmeleitfähigkeit und evtl kälterer Lichttemperatur erkaufen. (die 15% mehr würden dann durch die Star Platine wieder verloren gehen)

    Zitat von Natural Sound

    Allerdings kann ich mir nicht erklären warum die Aluminium Platine so abartig schlechte Wärmeleitfähigkeiten aufweisen!?

    Auf die Alu-Platine wird eine Folie auflaminiert. Diese Folie ist mit Kupfer kaschiert, wie eine "normale" Platine und so wird die Folie auch belichtet und die Leiterbahnen herausgeätzt. Die Wärmeableitung der LEDs geschieht zum größten Teil über die Lötpads. Die Wärme muss also durch die Folie hindurch, da man die Schichtfolge LED-Pad, Lötstelle (Lot), Kupferkaschierung, Folie, Kleber, Alu hat. Die Folie ist leider ein recht schlechter Wärmeleiter.


    Bei den Kupferplatinen wird das Kühlungs-Lötpad der LED direkt mit dem Kupfer verlötet. Man hat also einen rein metallischen Übergang Lötpad, Lötstelle (Lot), Kupfer. Daher sind die Kupferplatinen besser.


    Die Stiftkühlkörper mit den Stiften nach oben dürften nicht viel bringen. Bei nur 1,4 A wird ein einfaches Alu-Vierkantprofil aus dem Baumarkt ausreichen. Gibts als Meterstück, dritteln und fertig. Hat dann auch gleich die richtige Länge fürs Becken. Ich würd allerdings mit Wärmeleitpaste schrauben anstatt Wärmekleistern.

    Danke für die Erklärung, kingt einleuchtend werde schauen das ich es über die Kupferplatine realisere. Eine Verschraubung ist mir auch lieber, allerdings gibt mein Equipment sowas eigentlich nicht her. Also es geht schon, aber sauber arbeiten ist damit so eine Sache.


    Alternativ zum Vierkantprofil könnte man auch über ein nach oben hin offenes U-Profil oder ein T-Profil nachdenken, wobei ein U-Profil meiner Ansicht nach am vielversprechendsten wäre.
    Eigentlich würde ich zwecks homogeneren Ausleuchtung lieber auf 6 XM-L zurück greifen, allerdings geht das ins Geld, vorallem noch mit entsprechenden Reflektoren. Daher erstmal nur drei XM-L. Welche Abmessungen würdest du für das Profil empfehlen, sind 2000 mA vertretbar?


    THX

    Wenn du Vierkantrohr oder U-Profil nimst kann man ja einfach Blechschrauben nehmen. Die schneiden sich ihr Gewinde selbst.


    Schon 20 x 20 mm² Querschnitt sollten für eine XM-L auch bei 2 A reichen. Sind ja immerhin 33 cm Länge. Bei zweien mit 2 A wird das aber knapp. Vierkantrohr hätte den Vorteil, dass man die Verkabelung darin verschwinden lassen kann. Die Wärmeleitung zur Seite hin dürfte auch etwas besser sein, da oben wärmeleitendes Material ist, wo das U-Profil nur Luft hat. Aber ehr etwas mehr Querschnitt, gibt mehr Oberfläche und bessere Wärmeleitung.

    @ al_ja Die Kühlkörper sind sicherlich gut geeignet, allerdings ziemlich kuzr und recht teuer. Desweiteren wäre die Kabelführung ein Problem.


    Bei den Vierkantprofilen mache ich mir etwas Sorgen über die Wandstärke, die ja in der Regel 2 mm oder weniger beträgt. Meines erachtens begünstigt eine zu geringe Wandstärke lokal einen Wärmestau. D.h. das Wärmeabgabevermögen des Profils würde zwar ausreichen, lokal könnte die Wärme aber nicht schnell genung von der Quelle (LED) abgeführt werden!?

    Zitat von Natural Sound

    Bei den Vierkantprofilen mache ich mir etwas Sorgen über die Wandstärke, die ja in der Regel 2 mm oder weniger beträgt. Meines erachtens begünstigt eine zu geringe Wandstärke lokal einen Wärmestau. D.h. das Wärmeabgabevermögen des Profils würde zwar ausreichen, lokal könnte die Wärme aber nicht schnell genung von der Quelle (LED) abgeführt werden!?

    Ja, das kann ein Problem sein. Bei 3 W pro LED (entsprechend 1 A Strom) sind 2 mm Wandstärke aber noch OK. (Persönlicher Erfahrungswert von meiner heute gebastelten Lampe.) Bei 2 A käm es mal auf den Versuch an.