40W LED passiv kühlen

    Zitat von burli

    20/40W LED preiswert passiv kühlen

    Hallo,
    die einfachste Lösung ist ein ausreichend großes und dickes Stück Metall mit guter Wärmeleitung.
    Da bieten sich natürlich zuerst Bleche aus ALU an.
    Du schreibst nix zu Umgebungs- und Einbaubedingungen, deswegen nehme ich einfach mal Zimmertemp. und keine speziellen Gehäuse an.
    Pro Watt sind mind. ca. 10W effektive Kühlfläche notwendig, aber für einen guten Dauerbetrieb sind besser 20cm² empfehlenswert.
    Je größer, desto weniger heiß werden die LED, was deren Lebensdauer und Wirkungsgrad positiv beeinflusst.


    Macht bei 20W als ca. 400cm² . Da Bleche 2 Oberflächen haben, die potenziell Wärme abgeben können,
    so wäre bei halbwegs freien Einbau eine Blechgröße von gut 200cm² ausreichend für 20W (also z.B. ca. 15cm x 15cm).
    Wird die Oberseite eher irgendwo so angebaut, dass sie schlecht Wärme abgeben kann, dann eben das doppelte.
    Die Blechdicke ist nicht ganz unbedeutend, soll soll die Wärme zu den Außenrändern abgeführt werden.


    Dann muss der Wärmewiderstand im Mat. möglich gering sein, so dann im Blech nur wenige grd. Temperaturgradient entstehen.
    So 3...5mm sind ok, auch um mechanische Stabilität da haben. Je großer das Blech desto dicker sollte es sein.


    Hast du auf der Oberseite halbwegs freie Konvektion, kann man auch den Kühleffekt mit zusätzlichen Blechen,
    die U-förming aufgeschraubt werden verbessern. Wärmeleitpaste in den Zwischenräumen reduziert der Wärmewiderstand.
    Diese Bleche müssen auch nicht so dick sein, wenn deren Höhe nur paar cm ist.
    Gruß Helles Licht

    Die Faustformel 20cm² kenne ich. Aber die Frage ist bei solchen starken LEDs vor allem die Materialstärke, weil die Wärme ja auch abgeleitet werden muss. Reichen da 3-5mm dicke Alu Bleche wirklich? Ich hab da leichte Bedenken


    Wie die genauen Umgebungsbedingungen aussehen weiß ich auch noch nicht. Ich suche erstmal Anregungen für die Kühlung und baue dementsprechend die Beleuchtung auf

    Laut diesem Rechner besitzt ein 150x150x4 mm³ großes, blankes Alublech bei vertikaler Montage einen Wärmewiderstand von 4 K/W.


    Mit wäre das deutlich zuviel für 20 Watt. Ich würde mir entweder eine Kühlkörper-Lüfter-Kombilösung selber bauen oder etwas fertiges kaufen, z. B. von Sunon.


    Aber burli hat sich ja schon auf rein passiv festgelegt.

    Passiv hat einfach mehrere Gründe. Da wären die Geräusche. Hab schon genug rauschende Lüfter und im Schlafzimmer ein absolutes Nogo. Dann die Ausfallsicherheit. Die LED ist Schrott wenn der Lüfter ausfällt. Und man müsste noch irgendwie 12V für den Lüfter generieren, weil ich da nur ein 48V Netzteil hab.


    Und was konkret meinst du mit "deutlich zuviel für 20 Watt"? Ist das Blech zu groß oder der Wärmewiderstand zu hoch/schlecht?

    Meine Pflanzen schlafen mir mir in der Nacht und sooo laut sind die Sunon-Teile auch nun wieder nicht. Wie warm wird denn ein 4-K/W-Kühlblech bei 20 Watt und 30 °C sommerlicher Umgebungstemperatur?


    Wenn du die Wärme rein passiv wegbringen möchtest, wirst du kaum um Kauf oder Selberbau größerer Kühlkörper bzw. -Flächen rumkommen. Der Blechrechner liefert dir einen Anhalt, wie groß die Fläche sein muß.


    Für die 160 LED-Watt meiner Tomatenbank reichen zwei Fischer Elektronik SK 92 1000 SA.

    Zitat von burli

    Reichen da 3-5mm dicke Alu Bleche wirklich

    Hallo,
    nach meiner Erfahrung reicht das.
    Kann man ja aber auch zumindest mal eben grob abschätzen.
    ALU Wärmeleitfähigkeit WL= 235 W/(m*grd) .


    Bei einem Stück angenommen 15x15cm ist der max. Weg zum Rand L= 10cm = 0,075m
    Dann nehme ich mal eine Segment mit 1cm breite und 0,5cm Höhe A = 0,5cm² = 0,00005m²
    Weitere Annahme soll sein eine Temperaturdiff. dT = 10grd.


    P = (WL / L) * A + dT = (235 W/(m*grd) / 0,075m) * 0,00005m² * 10grd = ca. 1,5W
    Du siehst, das sollte reichen, weil man bei dem angenommenen Blechstück eine Menge solcher
    Streifen zum Rand hin einsetzen kann. Natürlich ist der effektive Querschnitt in der Mitte, wo das COB sitzt
    etwas geringer, aber zum Rand hin wird er ja eh deutlich größer.
    Deshalb werden ja bei kleinen Bauformen mit hoher Leistungsdichte besser Kupferplatten unter gelegt.
    Eine COB mit 25mm Kantenlänge hat aber schon ca. 100mm Umfang.
    Nach meiner Schätzung sollte der Temperaturgradient bei den angenommenen Größen im Blech noch
    gut unter 10grd liegen. Das ist ein gutes Maß vergleiche zum Wärmeübergang Festkörper-Luft.
    Für größere Bleche muß man eben mit etwas mehr als 10grd nach außen hin rechnen oder eben dickeres Mat. nehmen.
    oder eben oben drauf die Fläche vergrößern.
    Gruß Uwi

    Alternativ könnte man noch eine Temperaturüberwachung einbauen.
    Bei der passiven Lösung wird bei einer Grenztemperatur der LED Strom reduziert.
    Bei einer aktiven Lösung wird erst bei einer gewissen Temperatur der Lüfter dazugeschaltet.


    Wobei ein passender KK wohl die günstigere Alternative wäre :whistling:

    Hallo,


    also ich betreibe eine 6W LED auf einem Alu L-Profil mit 25cm Länge. Schenkellänge von 4cm und 2mm Dicke. Berechnet wären das 403,12cm². Das Teil wird gerade mal Handwarm und die 2mm Dicke reichen aus um die Wärme überall hin zu transportieren. Mit dem Fluke Thermometer konnte ich keine nennenswerten Temperaturunterschiede auf den 25cm Länge finden.
    Selbst mit zwei 10W LEDs auf je 6,3W (hatte nur 700mA KSQs) war es nicht merkbar wärmer als handwarm.


    Wohingegen dieser Kühlkörper...


    http://www.led-tech.de/de/High…rper-LT-1595_106_114.html


    ...selbst bei der 6W LED total versagt hat. Nach einer Stunde konnte man den praktisch nicht mehr anfassen.


    Auch diesen hier habe ich getestet...


    http://www.led-tech.de/de/High…70mm-LT-1389_106_114.html


    ..., allerdings in der 120mm Durchmesser Version mit 30mm Dicke. Selbst der wurde mit der 6W LED zu heiß.


    Wobei ich gestehen muss das ich meine Lampen nicht optimal platzieren kann, liegend oben auf dem Küchenschrank im 45° Winkel gegen die Decke strahlend. Doch mit den Alu-L Profilen habe ich bisher die besten Erfahrungen gemacht.

    1,8K/W mal 40W = 72K
    Also eine Erhöhung der KK Temperatur um 72K
    Diese 72K plus die angenommene Raumtemperatur sind die zu erwartende KK Temperatur.
    Dazu dann noch die Wärmewiderstände bis zum Chip und du hast die zu erwartende Chiptemperatur.
    In diesem Fall würde ich auf >100°C tippen.

    Zitat von burli

    Ist das Blech zu groß oder der Wärmewiderstand zu hoch/schlecht?

    Er meint, das Blech ist zu klein.
    Ich denke, das wird bischen auf Sicherheit gerechnet oder es werden bestimmte Sachen einfach weggelassen, was eben mal 10...15grd ausmachen kann,
    Siehe mein Posting als Antwort darauf.
    Ist aber doch auch egal, weil man das mit fast Nullaufwand ausprobieren kann.
    Aus dem Schrott ein Stück Blech ca. 4..6mm stark auf 15x15cm zugeschnitten macht kaum Mühe (mir jedenfalls nicht).
    COB drauf genagelt und paar h laufen lassen.
    Wenn das Blech so heiß wird, dass man es nicht mehr länger anfassen möchte, hat es über ca. 60°C.
    Dann ist es etwas zu klein. 20x20cm wären dann aber wirklich genügend.
    Ich habe hier auch so ca. 50W als LED auf "schönem Blech".
    Das wird überhaupt nicht heiß, ist aber auch ein Stücke größer.
    Gruß Uwi

    Zitat von burli

    und im Schlafzimmer ein absolutes Nogo

    Hallo,
    die Anwendung ist auch ein Kriterium.
    Für eine Lampe, die jeden Tag sehr viele h leuchtet, würde ich immer etwas großzügiger kalkulieren.
    Im Schlafzimmer wird aber nach meiner Erfahrung das Licht kaum mehr als eine halbe h pro Tag leuchten.
    Dafür evtl. öfters mal kurz. Da dauert die Erwärmung schon wegen der Wärmekapazität edliche Minuten.
    Deshalb muß man da nicht mit der Kühlung übertreiben.
    Gruß Uwi

    Zitat von Cossart

    Selbst wenn man 30 % für's Licht abzieht, wird das Kühlblech dann immer noch 20 Watt x (1-0,3) x 4 K/W = 56 Grad wärmer als die Umgebung, und das ist mir zuviel.

    Hallo,
    eigentlich hatte ich in Posting Nr. 15 eine abschätzung dazu geschrieben,
    aber die wurde offenbar vom Editor verschluckt ??? Ich weiß nicht, aber manchmal spinnt der Forums-Editor.


    Also noch mal kurz:
    20W COB macht ca. 15W Wärmeverluste.


    Konvektion macht mind. ca. 8...15W , was auch meinen Erfahrungen entspricht.
    Faustformel für Wärmeübergang an glatten Flächen: Pv = (5,6 * 4v) in W/(m2*K) mit vin m/s bis ca. 6m/s
    Mit etwas Luftbewegung ist im Raum immer zu rechnen, 6...10W/(m²*K) macht bei 15x15cm und dT=30K ca. 8...14W


    Wärmestrahlung: Ebenfalls ca. 6...8W (sofern die Bleche nicht gerade poliert sind, Eloxal hat aber auch einen guten Emissioskoeff.)
    Macht zusammen: ca. 14...20W.
    Die ist aber schon bei 30grd Temperaturdiff. nicht ganz vernachlässigkbar, bei höheren Temp.diff. nimmt die
    Strahlung ja mit T^4 zu und damit wird sie bei höheren Temp. sogar sehr relevant.


    Ich nehme an, die Wärmestrahlung hat man in der Berechnungsformel auch mal eben weggelassen.
    Dazu müßte man ja sonst absolute Temp. eingeben.
    Ich komme da auf gerade mal ca. 30K Temperaturdiff. zwischen Blech und Umgebung.
    Die 4K/W kann ich nicht bestätigen. Entspricht auch nicht ganz meine Erfahrungswerten aus viele Jahren
    Wärmemanagement bei Gehäuse und elektronischen Geräten.
    Gruß Helles Licht