Kühlkörper ausreichend?

[M. S. (ms111)]

Ich habe vorn paar Wochen im Internet weiße sogenannte Midpower-LEDs mit 
Kühlkörper bestellt. Mir ist allerdings grade beim Löten aufgefallen das 
die Kühlkörper gar nicht aus Alu sind (jedenfalls soweit ersichtlich). 
Die scheinen aus Hartpapierplatine oder so zu sein. Was mich daher 
interessieren würde, wie es daher mit der Kühlung aussieht. Wenn ich die 
Platine auf einen Kühlkörper befestige, behindert die Platine dann nicht 
den Wärmefluss?
Die LEDs um die es geht haben folgende Daten:
- 6,4V/150mA und dabei eine Effiziens von 112Lm/W ->32%
- 3,1V/150mA und dabei ne Effiziens von 124Lm/W -> 35% Wirkungsgrad
- 3V/80mA und dabei ne Effiziens von 106Lm/W -> 31% Wirkungsgrad
Die Wirkungsgrade habe ich bezogen auf das teoretische Maximum bei 
kaltweißem Licht von 350Lm/W ermittelt (zu warmweiß gibt es im Internet 
diesbezüglich leider keine Angaben, aber vermutlich liegt das etwas 
darunter).
Wenn ich zB bei der zuerst aufgezählten LED ein Wirkungsgrad von ca 33% 
habe dann werden dort ca 0,64W in wärme umgewandelt. Wie groß sollte die 
Kühlung da sein?
Bräuchte ich bei der variante mit 80mA überhaupt zusätzliche Kühlung?
Das wären ja nur ca 0,16W was als Wärme verloren gängen

Ich kann die Temperaturen leider nicht nachmessen, da ich keine 
ensprechende Ausrüstung habe, daher der Ansatz mit dem theoretischen 
maximum

[Mike J. (linuxmint_user)]

Wähle einfach mal einen Kühlkörper aus und schaue auf seine Daten.
Wenn er 5K/W hat bedeutet das, dass ein Watt abgegebene Leistung die 
Temperatur des zu kühlenden Bauteils um 5 Kelvin im Gegensatz zur 
Umgebungstemperatur (und optimaler Montage im Raum) erhöht.

Diese Sternkühlkörper wie auf deinem Bild haben bei mir in etwa einen 
Durchmesser von 2cm, bestehen aus Aluminium mit einer dünnen 
Keramikisolation und dort drauf sind dann die Lötpads.

50 Stück davon haben mich 2,89 Euro gekostet.

Angelötet habe ich meine LEDs mit einer kleinen Heizplatte die ich auf 
100°C gestellt hatte.

Aus FR4 sollten die eigentlich nicht sein da man die Wärme dann nur mit 
einer dicken Kupferschicht zur Seite abführen kann. Das FR2 oder F4 
selber ist kein guter Wärmeleiter, sondern ein recht schlechter.
Es ist also eher Schein als Sein.

Bei 3V und 0,08A sind das 0,24Watt und die sollten dann doch schon 
gekühlt werden. Wenn du die LED nur mal kurz an machst wird sie nicht 
merkbar warm, aber wenn du das Ding mehrere Stunden betreibst, dann 
heizt sich das kleine Teil merkbar auf.
Auf einem FR4 Träger würde ich es nur betreiben wenn es wirklich wenig 
Leistung ist und die LED ohne Kühlung betrieben werden könnte, aber dann 
fallen Anwendungszwecke wie Beleuchtung des Zimmers oder als Handlampe 
raus.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

M. S. schrieb:
> Ich habe vorn paar Wochen im Internet weiße sogenannte
> Midpower-LEDs mit Kühlkörper bestellt.

Kühlkörper? Eher nicht.

> Mir ist allerdings grade beim Löten aufgefallen das
> die Kühlkörper gar nicht aus Alu sind (jedenfalls soweit ersichtlich).
> Die scheinen aus Hartpapierplatine oder so zu sein.

Die Trägerplatinen sind genau das: Trägerplatinen. Der Kühlkörper ist 
dann das, worauf sie geschraubt werden. Die Platinen alleine führen 
nicht genug Wärme ab, um als Kühlkörper gelten zu können. Und sie sind 
auch nicht aus Alu, sondern haben (im Normalfall) einen Alu-Kern.

> Was mich daher
> interessieren würde, wie es daher mit der Kühlung aussieht. Wenn ich die
> Platine auf einen Kühlkörper befestige, behindert die Platine dann nicht
> den Wärmefluss?

Richtig. Deswegen haben die Platinen normalerweise einen Alu-Kern mit 
nur einer dünnen Isolationslage. Deine Platinen scheinen zweiseitig 
kupferbeschichtet zu sein mit jeder Menge Vias rund um die LED. Die Vias 
sollen wohl die Wärme besser zur Kupferlage auf der Rückseite leiten.

> Die LEDs um die es geht haben folgende Daten:
> - 6,4V/150mA und dabei eine Effiziens von 112Lm/W ->32%

1W

> - 3,1V/150mA und dabei ne Effiziens von 124Lm/W -> 35% Wirkungsgrad

0.5W

> - 3V/80mA und dabei ne Effiziens von 106Lm/W -> 31% Wirkungsgrad

0.25W

Für die 1W LED sehe ich keine Chance daß sie die Wärme los wird. Sie 
wird überhitzen, denn einen schlechteren Wirkungsgrad haben und am Ende 
früher sterben als mit guter Kühlung. Du hast dir Schrott andrehen 
lassen.

> Wenn ich zB bei der zuerst aufgezählten LED ein Wirkungsgrad von ca 33%
> habe dann werden dort ca 0,64W in wärme umgewandelt. Wie groß sollte die
> Kühlung da sein?

Das hängt von der Umgebungstemperatur ab. Das Standardmodell zur Kühlung 
verwendet eine Wärmequelle einer bestimmten Leistung in der LED und dann 
eine Reihenschaltung von thermischen Widerständen zur Umgebung. Der 
Wärmestrom (Einheit: Watt) durch die Widerstände (Einheit: Kelvin/Watt) 
führt dann für jeden Widerstand zu einer Temperaturerhöhung gegenüber 
dem vorigen (Temperatur)Potential. Die Summe aller Widerstände 
multipliziert mit der Leistung ergibt dann die Temperaturerhöhung 
gegenüber der Umgebung.

In deinem Fall gibt es drei thermische Widerstände:

1. LED-Chip zur Platine
2. durch die Platine zum Kühlkörper
3. Kühlkörper zur Umgebung

1. und 2. kannst du nicht beeinflussen. 2. ist bei deinen LED besonders 
schlecht (hoher Wärmewiderstand). Da du wohl auch kein Datenblatt haben 
wirst, kennst du die thermischen Widerstände 1. und 2. auch nicht, 
kannst also 3. nicht berechnen. Verloren. Geiz ist nicht geil.

> Ich kann die Temperaturen leider nicht nachmessen, da ich keine
> ensprechende Ausrüstung habe

Tja. Keine Arme, keine Kekse.

[M. S. (ms111)]

okay danke erstmal für die detaillierten Antworten, das bringt mich 
definitiv weiter. Ich war mit dem Shop eigentlich immer zufrieden, 
jedenfalls machen die eigentlich einen soweit ordentlichen eindruck. Ich 
hatte jedoch eigentlich auch mit ner Alu-Star Platine gerechnet und 
nicht mit so nem schrunz...
Datenblätter sind vorhanden, allerdings nur die Hersteller Datenblätter 
von Nichia, die Kühlkörper packen die von Lumitronix in Eigenproduktion 
dran. Das das keine Alu Kühlkörper waren stand da leider auch nicht.
http://www.leds.de/Low-Mid-Power-LEDs/SMD-LEDs/Nichia-NF2L757DR-108lm-warmweiss.html
http://www.leds.de/Low-Mid-Power-LEDs/SMD-LEDs/Nichia-NT2L757D-58lm-warmweiss.html
http://www.leds.de/Low-Mid-Power-LEDs/SMD-LEDs/Nichia-NSSL757AT-V1-26lm-warmweiss.html

[M. S. (ms111)]

Axel S. schrieb:
> M. S. schrieb:
> Für die 1W LED sehe ich keine Chance daß sie die Wärme los wird. Sie
> wird überhitzen, denn einen schlechteren Wirkungsgrad haben und am Ende
> früher sterben als mit guter Kühlung. Du hast dir Schrott andrehen
> lassen.
Das heißt auch wenn ich einen zusätzlichen Kühlkörper benutze und die 
Platine mit Wärmeleitkleber auf nen Kühlkörper packe? oder war das 
darauf bezogen wenn ich das Ding ohne weiteren Kühlkörper betreibe?
>
> Das hängt von der Umgebungstemperatur ab. Das Standardmodell zur Kühlung
> verwendet eine Wärmequelle einer bestimmten Leistung in der LED und dann
> eine Reihenschaltung von thermischen Widerständen zur Umgebung. Der
> Wärmestrom (Einheit: Watt) durch die Widerstände (Einheit: Kelvin/Watt)
> führt dann für jeden Widerstand zu einer Temperaturerhöhung gegenüber
> dem vorigen (Temperatur)Potential. Die Summe aller Widerstände
> multipliziert mit der Leistung ergibt dann die Temperaturerhöhung
> gegenüber der Umgebung.
Also imprinzip n termisches ESB... das Problem ist nur das ich die 
thermischen Widerstände leider nicht kenne...

[Speckbert (Gast)]

M. S. schrieb:
> Das heißt auch wenn ich einen zusätzlichen Kühlkörper benutze und die
> Platine mit Wärmeleitkleber auf nen Kühlkörper packe? oder war das
> darauf bezogen wenn ich das Ding ohne weiteren Kühlkörper betreibe?

Könnte funktionieren, aber das Problem ist, dass du den thermischen 
Widerstand nicht kennst. Der dürfte aufgrund des Lötstopplacks leider 
etwas höher sein.

Schreib doch mal den Anbieter an, dass er dir den thermischen Widerstand 
nennt, für die Alu-Stars scheint er das ja zu können.

[M. S. (ms111)]

Mike J. schrieb:
> Wähle einfach mal einen Kühlkörper aus und schaue auf seine Daten.
> Wenn er 5K/W hat bedeutet das, dass ein Watt abgegebene Leistung die
> Temperatur des zu kühlenden Bauteils um 5 Kelvin im Gegensatz zur
> Umgebungstemperatur (und optimaler Montage im Raum) erhöht.
Das ist leider das Problem... auf den Kühlkörpern steht nix drauf und 
ich habe die auch nach suchen dort nicht einzeln gefunden...
> Diese Sternkühlkörper wie auf deinem Bild haben bei mir in etwa einen
> Durchmesser von 2cm, bestehen aus Aluminium mit einer dünnen
> Keramikisolation und dort drauf sind dann die Lötpads.
Also ist das in der Mitte doch Aluminium, da war ich mir ehrlich gesagt 
nicht sicher
> 50 Stück davon haben mich 2,89 Euro gekostet.
hätt ich das gewusst hätt ich die LEDs wahrscheinlich deutlich günstiger 
ohne Kühlkörper gekauft ^^
> Auf einem FR4 Träger würde ich es nur betreiben wenn es wirklich wenig
> Leistung ist und die LED ohne Kühlung betrieben werden könnte, aber dann
> fallen Anwendungszwecke wie Beleuchtung des Zimmers oder als Handlampe
> raus.
Also auch die kleinen mit 80mA mit Kühlkörpern versehen... Wäre das 
ausreichend für die wenn ich die mit Wärmeleitkleber auf eine Aluleiste 
aus dem baumarkt klebe? Oder besitzen Alukühlkörper irgendwelche 
besonderen Legierungen oder sowas?

[M. S. (ms111)]

Ich habe da mal angerufen und die haben wie ihr hier schon vermutet habt 
FR4 Platinen benutzt. Wie allerdings der Wärmeleitwert ist konnte man 
mir nicht sagen, nur das der auf jeden Fall unter 5K/W liegt. Wenn ich 
mit 2K/W rechnen würde... wäre das realistisch bei FR4?

[Pandur S. (jetztnicht)]

Mach's doch einfach mal auf ein Stueck Alu drauf. Nicht kleben, sondern 
nur mit etwas Fett und andruecken. Und schau wie warm's wird. Wenn man's 
nicht mehr anfassen kann waren's ueber 50 Grad.

[M. S. (ms111)]

fett habe ich nicht da, gänge wärmeleitpaste auch?
andere Frage: wie siehts hiermit aus? ist das Zeug geeignet? 
http://www.reichelt.de/WK-709-5ML/3/index.html?&ACTION=3&LA=446&ARTICLE=35418&artnr=WK+709-5ML&SEARCH=WK+709-5ML 
im Datenblatt steht was von 0,1W/mK. das ist vermutlich zu wenig oder?

[Speckbert (Gast)]

M. S. schrieb:
> Wie allerdings der Wärmeleitwert ist konnte man
> mir nicht sagen, nur das der auf jeden Fall unter 5K/W liegt.

Die Aussage ist wertlos. Entweder sie kennen den Wert oder nicht.

M. S. schrieb:
> Wenn ich mit 2K/W rechnen würde... wäre das realistisch bei FR4?

Das hat nicht nur mit FR4 zu tun sondern mit der Größe der 
Kupferflächen, Anzahl der Vias, Dicke von Kupfer, FR4, Lötstopplack etc.

Ich würde dann sogar eher noch den Wert aus dem Datenblatt nehmen, 
Nichia schreibt dort, dass die Tests zur Zuverlässigkeit usw. mit einem 
Testboard gemacht wurden, welches einen thermischen Widerstand von 34 
K/W zwischen Sperrschicht und Umgebung ergab.

Ta + (Rth * P) = 30 °C + 34 °C/W * 1 W = 64 °C

Allerdings wissen wir nicht, wie dieses Testboard aussieht, der 
thermische Widerstand könnte also immer noch besser oder schlechter als 
mit der Star-Platine sein.

M. S. schrieb:
> im Datenblatt steht was von 0,1W/mK. das ist vermutlich zu wenig oder?

Nein. Niedriger Wert = bessere Wärmeableitung, hoher Wert = schlechtere 
Wärmeableitung.

[M. S. (ms111)]

Speckbert schrieb:
> M. S. schrieb:
>> Wie allerdings der Wärmeleitwert ist konnte man
>> mir nicht sagen, nur das der auf jeden Fall unter 5K/W liegt.
>
> Die Aussage ist wertlos. Entweder sie kennen den Wert oder nicht.
Sie kennen ihn nicht, das war ne vermutung von denen
> M. S. schrieb:
>> Wenn ich mit 2K/W rechnen würde... wäre das realistisch bei FR4?
>
> Das hat nicht nur mit FR4 zu tun sondern mit der Größe der
> Kupferflächen, Anzahl der Vias, Dicke von Kupfer, FR4, Lötstopplack etc.
Das heißt letztendlich weiß ich nix über diesen kühlkörper ...
> Ich würde dann sogar eher noch den Wert aus dem Datenblatt nehmen,
> Nichia schreibt dort, dass die Tests zur Zuverlässigkeit usw. mit einem
> Testboard gemacht wurden, welches einen thermischen Widerstand von 34
> K/W zwischen Sperrschicht und Umgebung ergab.
>
> Ta + (Rth * P) = 30 °C + 34 °C/W * 1 W = 64 °C
ich werd mich da nachher mal reinlesen, aber danke auf jeden fall für 
die Mühe :)
>
> M. S. schrieb:
>> im Datenblatt steht was von 0,1W/mK. das ist vermutlich zu wenig oder?
>
> Nein. Niedriger Wert = bessere Wärmeableitung, hoher Wert = schlechtere
> Wärmeableitung.
ich dachte bei der Wärmeleitfähigkeit ist ein höherer Wert besser, also 
so wie bei der elektrischen leitfähigkeit. Weil W/mK ist ja die 
Leitfähigkeit und nicht der Widerstand. Die Dämmstoffe haben jedenfalls 
in der Tabelle 
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmeleitf%C3%A4higkeit eine 
geringere Wärmeleitfähigkeit Weil alternativ hatte ich den 
Wärmeleitkleber gefunden: 
http://www.reichelt.de/ARCTIC-SILVER-K/3/index.html?&ACTION=3&LA=446&ARTICLE=38063&artnr=ARCTIC+SILVER+K&SEARCH=ARCTIC+SILVER+K

[Speckbert (Gast)]

M. S. schrieb:
> ich dachte bei der Wärmeleitfähigkeit ist ein höherer Wert besser, also
> so wie bei der elektrischen leitfähigkeit.

Bei der Leitfähigkeit schon, bei Kühlkörpern, Wärmeleitpaste usw. wird 
aber im Allgemeinen der Wärmewiderstand angegeben, und für diesen 
gilt, dass ein niedriger Wert besser ist.

[Speckbert (Gast)]

Nachtrag:
Mein Anmerkung war etwas ungenau. Der Wärmewiderstand kann natürlich nur 
genau definierte Objekte angegeben werden. Bei der Wärmeleitpaste macht 
das keinen Sinn, da die Schichtdicke unbekannt ist.

[Harald W. (wilhelms)]

Axel S. schrieb:

> Das hängt von der Umgebungstemperatur ab. Das Standardmodell zur Kühlung
> verwendet eine Wärmequelle einer bestimmten Leistung in der LED und dann
> eine Reihenschaltung von thermischen Widerständen zur Umgebung. Der
> Wärmestrom (Einheit: Watt) durch die Widerstände (Einheit: Kelvin/Watt)
> führt dann für jeden Widerstand zu einer Temperaturerhöhung gegenüber
> dem vorigen (Temperatur)Potential. Die Summe aller Widerstände
> multipliziert mit der Leistung ergibt dann die Temperaturerhöhung
> gegenüber der Umgebung.

Das ganze ist eine Art Ohmsches Gesetz der Wärmeleitung. Temperatur-
differenz = U, Leistung in W=Wärmestrom = I, Wärmewiderstand = Wider.
stand = R. Dann das hoffentlich bekannte Ohmsche Gesetz anwenden.
Achtung! Statt des Wärmewiderstands wird manchmal auch Wärmeleitwert
angegeben. Dann muss man für die Formel davon den Kehrwert verwenden.

[M. S. (ms111)]

Harald W. schrieb:
> Axel S. schrieb:
> Das ganze ist eine Art Ohmsches Gesetz der Wärmeleitung. Temperatur-
> differenz = U, Leistung in W=Wärmestrom = I, Wärmewiderstand = Wider.
> stand = R. Dann das hoffentlich bekannte Ohmsche Gesetz anwenden.
> Achtung! Statt des Wärmewiderstands wird manchmal auch Wärmeleitwert
> angegeben. Dann muss man für die Formel davon den Kehrwert verwenden.
Ich weiß :) aber trotzdem dankeschön

Aber W/mK ist ja der spezifische Wärmeleitwert lamda oder verwechsel ich 
da grade was? je größer desto besser oder irre ich da grade ^^

[M. S. (ms111)]

Speckbert schrieb:
> Nachtrag:
> Mein Anmerkung war etwas ungenau. Der Wärmewiderstand kann natürlich nur
> genau definierte Objekte angegeben werden. Bei der Wärmeleitpaste macht
> das keinen Sinn, da die Schichtdicke unbekannt ist.

Ich bin verwirrt :D die Einheit W/mK gehört doch zum spezifischen 
Wärmeleitwert oder irre ich da jetzt?

[Harald W. (wilhelms)]

M. S. schrieb:

> die Einheit W/mK gehört doch zum spezifischen
> Wärmeleitwert oder irre ich da jetzt?

Du irrst nicht. Da musst Du eben den Kehrwert bilden.

[M. S. (ms111)]

okay gut danke :) dann ist der Wärmeleitkleber mit einen spezifischen 
Wärmeleitwert von 7,5W/mK der bessere. Aber wegen der fehlenden Angabe 
für den FR4 Kühlkörper kann man das wohl schlecht berechnen.
Wenn ich die LEDs auf eine normale Aluleiste aus dem Baumarkt (so wie 
die: 
http://www.accura-eisenwaren.de/media/aluminiumprofile/eloxiert/1-b.jpg) 
mit Wärmeleitkleber klebe, würde das von der Kühlung vermutlich 
ausreichen oder? Weil auch von so einer Aluleiste kennt man den Leitwert 
ja nicht, man könnte höchstens mit dem spezifischen von Alu allgemein 
arbeiten. Vorrausgesetzt die Dinger bestehen zu 100% aus Alu

[Axel S. (a-za-z0-9)]

M. S. schrieb:
> okay gut danke :) dann ist der Wärmeleitkleber mit einen spezifischen
> Wärmeleitwert von 7,5W/mK der bessere.

Yep.

> Wenn ich die LEDs auf eine normale Aluleiste aus dem Baumarkt
> mit Wärmeleitkleber klebe, würde das von der Kühlung vermutlich
> ausreichen oder?

Wie gesagt: das ist eine Reihenschaltung aus mehreren Wärmewiderständen. 
Wenn man einen (oder zwei) nicht kennt, dann kann man keinen Gesamt- 
widerstand angeben.

> Weil auch von so einer Aluleiste kennt man den Leitwert
> ja nicht, man könnte höchstens mit dem spezifischen von Alu allgemein
> arbeiten. Vorrausgesetzt die Dinger bestehen zu 100% aus Alu

Verschiedene Alu-Legierungen unterscheiden sich nicht so drastisch in 
ihren thermischen Eigenschaften. Und für Kühlbleche gibt es 
funktionierende Näherungsformeln. Viel mehr Einfluß hat in der Praxis 
die Montage (senkrecht, waagerecht, Rückseite frei oder nicht, etc.)

[M. S. (ms111)]

okay gut danke für die Hilfe :)
Also die installation soll so erfolgen das die LEDs nach oben strahlen. 
Bei der wahl des Aluprofils wäre wahrscheinlich ein U-Aluprofil die 
beste möglichkeit wenn ich das richtig sehe. vermutlich wäre die 
anordnung wo die LED in der U-Formation liegt die bessere oder?

[M. S. (ms111)]

Ich habe noch eine Frage zu dem Wärmeleitkleber.
Das zeug ist ja 2-Komponentenkleber und man mischt den kleber und die 
Wärmeleitpaste ja erst kurz vorm auftragen.
(https://www.conrad.de/de/waermeleitkleber-75-wmk-7-g-temperatur-max-150-c-arctic-silver-asta-150367.html?sc.ref=Homepage)

Nun habe ich noch ,,normale Wärmeleitpaste'' 
(https://www.conrad.de/de/waermeleitpaste-10-wmk-42-g-temperatur-max-150-c-kerafol-kp12-189069.html) 
zuhause. Kann ich dazu einfach Expocykleber kaufen und mit der 
Wärmeleitpaste vermischen oder ist das probelematisch? (chemische 
reaktionen untereinadner usw)

[Mike J. (linuxmint_user)]

Es gibt Wärmeleitkleber der Metallpartikel als Füllstoff nutzt, aber die 
Wärmeleitpaste besteht aus Silikon oder Metalloxid und einer Flüssigkeit 
(vielleicht Silikonöl), das lässt sich nicht sinnvoll mit Epoxidharz 
vermischen.

Der Kleber ist schon das einfachste was du machen kannst.

Ich schraube meine LEDs auch teilweise einfach auf die Alukühler, 
entweder wird ein Loch durch gebohrt und der Kühler mit 
Holzschrauben/Blechschrauben befestigt oder ich schneide ein Gewinde 
oder ich nehme Maschinenschrauben mit Mutter und Federring.

Teilweise klebe ich LEDs auch mit Silikon auf Alu, aber dazu muss man 
das Alu und die Unterseite der LED fettfrei machen und anschleifen, 
danach beide säubern und dann mit Silikon beide schön verpressen. (etwas 
hin und her bewegen um die Silikonschicht dünn zu bekommen)

Wenn das nicht ordentlich gemacht wird kann man die LED aber mit der 
Hand wieder einfach abziehen.

Wenn es ordentlich gemacht wurde musst du das Gehäuse mit dem Silikon 
erst mal auf über 200°C erhitzen und das Silikon in Benzin oder 
Silikonöl einweichen damit es wieder ab geht.

[M. S. (ms111)]

oh okay :) jaa dann werde ich wahrscheinlich den fertigen 
wärmeleitkleber nehmen. weil das mit dem festschrauben ist bei den LEDs 
n bisschen schwierig und wahrscheinlich von der wärmeleitung auch 
schlechter oder?

Ich hätte noch eine andere Frage. Ich habe im Baumarkt mal nach 
ALuprofilen geguckt und da haben die ne ganze menge auswahl. Ich bin nun 
etwas unschlüssig was von den wärmeigenschaften das beste ist.  optimal 
wäre die variante 7 oder? die habe ich allerdings im baumarkt nicht 
gefunden. Daher tendiere ich zu 2 oder 3 weil die auch in der mitte nen 
steg haben. Da die LED da ja direkt sitz ist das wahrscheinlich für die 
wärmeableitung der wichtigeste bereich oder?

[Wolfgang (Gast)]

M. S. schrieb:
> Ich bin nun etwas unschlüssig was von den wärmeigenschaften das beste ist.
Das kommt auch auf die Montage der Profile an. Wenn das Profil plan 
irgendwo aufgeschraubt wird, verhält sich die Kontaktfläche ganz anders 
als der Rest. Und auf die Luftkonvektion kommt es natürlich ebenfalls 
an. Dafür spielt auch die Einbaulage eine Rolle.

[M. S. (ms111)]

Also die sollen so montiert werden das unten und seitlich noch platz 
ist, also luftzirkulation möglich ist. Die abstrahlrichtung soll nach 
oben zeigen. Daher hatte ich auch die variante mit dem u profil wo die 
lamellen nach oben zeigen angedacht.

[W.A. (Gast)]

M. S. schrieb:
> ... variante 7 ...
So ähnlich:
https://www.pollin.de/shop/dt/OTQ4OTY1OTk-/Bauelemente_Bauteile/Mechanische_Bauelemente/Kuehlkoerper/Strang_Kuehlkoerper.html
https://www.led-tech.de/de/High-Power-Zubeh%C3%B6r/K%C3%BChlk%C3%B6rper/K%C3%BChlk%C3%B6rper-f%C3%BCr-10mm-Platinen--Meterware--LT-1205_106_114.html

[M. S. (ms111)]

Guten Abend zusammen,
ich habe nun nach längerer Zeit wieder die zeit gefunden mich mit der 
LED Beleuchtung bzw der Kühlung zu befassen. Ich hatte mich ursprünglich 
für ein H-Profil für die LEDs entschieden, was bei gut 20°C auch 
hervorragend funktioniert (wird kaum fühlbar warm, linker Aufbau im 
bild, Maße: 22*12*1,5mm). Da bei mir in der wohnung leider immer 
mindestens 25°C herrschen merkt man die erwärmung des kühlkörpers schon 
deutlicher, weshalb ich mich ein bisschen nach alternativen umgeschaut 
hatte. Ich war im internet auf http://www.alu-verkauf.de/ auf relativ 
kleine aber gleichzeitig dicke T-profile gestoßen (Maße: 25*25*3mm, 
rechts im Bild).

Ich habe mir diese nun beschafft und musste feststellen das das T-Profil 
(rechts) im Vergleich mit dem H-Profil sehr viel schlechter kühlt, 
obwohl dieses geometrisch besser zur Wärmeableitung geeignet schien 
(größere Dicke, größere Masse bei ungefähr gleichbleibender Oberfläche). 
Das T-Profil rechts erwärmt sich nach 2 stunden so deutlich das man es 
nicht länger anfassen kann ohne sich zu verbrennen, während das H-Profil 
deutlich kühler bleibt.

Die Legierung des T-Profils ist eine AlMgSi0.5 legierung die laut dem 
Shop (http://www.alu-verkauf.de/Werkstoffe-Aluminiumlegierungen - Angabe 
bei einem mittelgroßen Querschnitt (Was auch immer das ist)) eine 
Wärmeleitfähigkeit von 1,86W/cm*K hat. Im Internet habe ich zu der 
Legierung für die Wärmeleitfähigkeit folgenden Wert gefunden: 
http://www.batz-burgel.de/produkte/en_aw_6060.php . Diese Legierung hat 
zwischen 202 und 220 W/mK. Rohaluminium hat auch nur 236W/mK. Daher kann 
ich mir diese extrem schlechtere Kühlung nicht wirklich erklären. Das 
H-Profil habe ich aus dem baumarkt, daher kenne ich die Legierung nicht. 
Weiß ledeglich das es eloxiert ist.

Hat da jemand ne Idee was eventuell die ursache sein könnte?

[Axel S. (a-za-z0-9)]

M. S. schrieb:
> Ich habe mir diese nun beschafft und musste feststellen das das T-Profil
> (rechts) im Vergleich mit dem H-Profil sehr viel schlechter kühlt,
> obwohl dieses geometrisch besser zur Wärmeableitung geeignet schien
> (größere Dicke, größere Masse bei ungefähr gleichbleibender Oberfläche).
> Das T-Profil rechts erwärmt sich nach 2 stunden so deutlich das man es
> nicht länger anfassen kann ohne sich zu verbrennen, während das H-Profil
> deutlich kühler bleibt.

Mag ja sein. Nur: daraus folgt nicht, daß das T-Profil schlechter kühlt. 
Für die Güte (meinetwegen auch Effektivität) der Kühlung gibt es nur ein 
Kriterium: die Temperatur des zu kühlenden Bauelements selber.

Wenn bspw. die LED auf dem H-Profil thermisch schlechter angebunden ist 
(Unebenheiten, Wärmeleitpaste vergessen, etc.) dann wird das Profil 
tatsächlich weniger warm. Das bedeutet aber gerade nicht, daß es besser 
kühlt, denn die LED wird dafür wärmer!

Einen ähnlichen Effekt dürfte die Wärmeleitfähigkeit des Profils haben. 
Beim H-Profil z.B. leitet der Mittelsteg die Wärme nur schlecht an den 
zweiten Balken des H weiter - dieser hat deshalb nur wenig Kühlwirkung. 
Schau dir mal den Querschnitt eines stranggepreßten Kühlprofils an. In 
der Mitte, wo die Halbleiter angeschraubt werden, ist es dick, damit es 
die Wärme gut wegleiten kann. An der Peripherie werden die Lamellen dann 
immer dünner, weil die Wärmeleitung nicht mehr so wichtig ist (sondern 
hauptsächlich die Oberfläche). Die Wärmeleitfähigkeit der Legierung 
selber ist zwar nicht ganz zu vernachlässigen, aber die Geometrie ist 
i.d.R. der wichtigere Faktor.

[M. S. (ms111)]

Axel S. schrieb:
> Wenn bspw. die LED auf dem H-Profil thermisch schlechter angebunden ist
> (Unebenheiten, Wärmeleitpaste vergessen, etc.) dann wird das Profil
> tatsächlich weniger warm. Das bedeutet aber gerade nicht, daß es besser
> kühlt, denn die LED wird dafür wärmer!
Ich habe bei beidem die gleiche Wärmeleitpaste genommen, die Anordnung 
ist bis auf das Profil eig die gleiche. Wenn man die LED berührt hat man 
jedoch auch dasselbe Bild. Die LED auf dem T-Profil kann ich ohne mir 
die Finger zu verbrennen nicht länger als eine halbe sekunde anfassen, 
während dies beim H-Profil möglich ist. Der Wärmewiderstand von LED auf 
Kühlkörper sollte relativ der gleiche sein. ich hatte die T-Profile auch 
bei weiteren LEDs (anderer typ, ca 1,4W) getestet und da wird die 
Anordnung auf den T-Profilen auch deutlich wärmer während die H-profile 
relativ Kühl bleiben
> Einen ähnlichen Effekt dürfte die Wärmeleitfähigkeit des Profils haben.
> Beim H-Profil z.B. leitet der Mittelsteg die Wärme nur schlecht an den
> zweiten Balken des H weiter - dieser hat deshalb nur wenig Kühlwirkung.
Deswegen auch die Überlegung mit dem T-Profil... Ich hatte mir daher eig 
eine deutlich bessere Wäremableitung erhofft weil ja der Mittelsteg 
doppelt so dick ist und die oberen Stege links und rechts ja auch.
> Schau dir mal den Querschnitt eines stranggepreßten Kühlprofils an. In
> der Mitte, wo die Halbleiter angeschraubt werden, ist es dick, damit es
> die Wärme gut wegleiten kann. An der Peripherie werden die Lamellen dann
> immer dünner, weil die Wärmeleitung nicht mehr so wichtig ist (sondern
> hauptsächlich die Oberfläche).
ich weiß, deswegen hatte ich mich nachträglich für das T-Profil 
entschieden weil ja beim H-Profil der Mittelsteg so etwas wie ein 
Flaschenhals ist. Den wollte ich durch die größere Dicke von 3mm anstatt 
1,5mm verhindern, was leider nicht gelungen ist. Wenn sich die lamellen 
nach außen hin nicht verjüngen hat das aber keinen negativen Effekt 
oder?

[Axel S. (a-za-z0-9)]

M. S. schrieb:
>> Schau dir mal den Querschnitt eines stranggepreßten Kühlprofils an. In
>> der Mitte, wo die Halbleiter angeschraubt werden, ist es dick, damit es
>> die Wärme gut wegleiten kann. An der Peripherie werden die Lamellen dann
>> immer dünner, weil die Wärmeleitung nicht mehr so wichtig ist (sondern
>> hauptsächlich die Oberfläche).

> ich weiß, deswegen hatte ich mich nachträglich für das T-Profil
> entschieden weil ja beim H-Profil der Mittelsteg so etwas wie ein
> Flaschenhals ist. Den wollte ich durch die größere Dicke von 3mm anstatt
> 1,5mm verhindern, was leider nicht gelungen ist. Wenn sich die lamellen
> nach außen hin nicht verjüngen hat das aber keinen negativen Effekt
> oder?

Nicht auf die Kühlwirkung. Aber natürlich braucht man mehr Material und 
es wird schwerer und teurer.

Was mir beim Betrachten deiner Bilder auffällt: das T-Profil ist 
deutlich kürzer. Ist das nur ein Beispielfoto oder hast du die gezeigten 
Konfigurationen vermessen? Waren die beiden Profile in vergleichbarer 
Weise montiert? Senkrecht oder waagerecht macht einen großen 
Unterschied. Ebenso ob freischwebend oder mit einer Seite an einer Wand.

Hast du die Möglichkeit, die Temperatur der Alu-Trägerplatte zu messen? 
Wie ich schon sagte, ist die Temperatur des zu kühlenden Bauelements das 
einzig wichtige Kriterium. Wenn du kannst, miß die Temperatur der 
Alu-Platte möglichst nah an der LED mit einem Punkt-Fühler. Klecks 
Wärmeleitpaste, Fühler reindrücken und warten bis die Temperatur nicht 
mehr weiter steigt.

Aus dem Bauch heraus würde ich dem T-Profil eine mindestens gleich gute 
Kühlwirkung unterstellen. Die wirksame Oberfläche ist nur wenig kleiner, 
dafür hat es mehr "Fleisch". Aber natürlich nur bei gleicher Länge und 
unter vergleichbaren Montagebedingungen.

[M. S. (ms111)]

Axel S. schrieb:
> Was mir beim Betrachten deiner Bilder auffällt: das T-Profil ist
> deutlich kürzer. Ist das nur ein Beispielfoto oder hast du die gezeigten
> Konfigurationen vermessen? Waren die beiden Profile in vergleichbarer
> Weise montiert? Senkrecht oder waagerecht macht einen großen
> Unterschied. Ebenso ob freischwebend oder mit einer Seite an einer Wand.
Ja das das T-Profil kürzer ist das stimmt. Das T-Profil ist 4.5cm Lang 
während das H-Profil 6cm Lang ist. Das war eig auch u.a das Ziel gewesen 
weil ich dann mehrere LEDs näher beieinander bei gleich guter Kühlung 
montieren kann (so jedenfalls der Gedanke). Zum Testen lagen die Profile 
so wie auf dem Foto. Das T-Profil wird jedoch dann so montiert das die 
LED nach oben strahlt (wird dann nicht schräg liegen), das H-Profil 
ebenso. Die werden dann beide auch freischwebend montiert sein. Kann das 
eventuell daran liegen das das T-Profil schräg lag?
> Hast du die Möglichkeit, die Temperatur der Alu-Trägerplatte zu messen?
> Wie ich schon sagte, ist die Temperatur des zu kühlenden Bauelements das
> einzig wichtige Kriterium. Wenn du kannst, miß die Temperatur der
> Alu-Platte möglichst nah an der LED mit einem Punkt-Fühler. Klecks
> Wärmeleitpaste, Fühler reindrücken und warten bis die Temperatur nicht
> mehr weiter steigt.
Ich selber habe leider keine Präzisionsthermometer, nur so welche ollen 
Dinger für die Raumtemperatur die ja sehr ungenau sind (und die Fühler 
ziemlich groß). Aber ich könnte eventuell eines ausleihen. Oder genügt 
so ein ungenaues Teil für ein ungefähres Bild wie warm die LED ist? Man 
misst da ja wahrscheinlich recht große Differenzen.
> Aus dem Bauch heraus würde ich dem T-Profil eine mindestens gleich gute
> Kühlwirkung unterstellen. Die wirksame Oberfläche ist nur wenig kleiner,
> dafür hat es mehr "Fleisch". Aber natürlich nur bei gleicher Länge und
> unter vergleichbaren Montagebedingungen.
Das hatte ich auch vermutet gehabt. Meine Hoffnung war sogar gewesen das 
die wegen den Dicken Stegen nochmal ein ganzes Stück besser Kühlen und 
ich die Länge reduzieren kann - Deswegen ist das T-Testprofil auch 
kürzer.
Ich habe allerdings auch die beiden Profile bei gleicher Länge getestet 
gehabt (mit ner 1,5W LED). Da habe ich ein ähnliches Bild. Zwar nicht so 
ganz extrem aber auch ein merklicher Unterschied sowohl bei der LED, als 
auch bei der temperatur des Kühlkörpers... Auf jeden Fall danke für die 
bisherige Hilfe :)

[Axel S. (a-za-z0-9)]

M. S. schrieb:
> Ja das das T-Profil kürzer ist das stimmt. Das T-Profil ist 4.5cm Lang
> während das H-Profil 6cm Lang ist. Das war eig auch u.a das Ziel gewesen
> weil ich dann mehrere LEDs näher beieinander bei gleich guter Kühlung
> montieren kann (so jedenfalls der Gedanke).

OK

> Die werden dann beide auch freischwebend montiert sein. Kann das
> eventuell daran liegen das das T-Profil schräg lag?

Das ist auf jeden Fall nicht ohne Einfluß. Auf der Seite, die auf dem 
Tisch aufliegt, kann ja keine Luft vorbeiströmen. Dein Klebeband ist 
übrigens auch kontraproduktiv. Luft muß direkt an der Oberfläche des 
Kühlkörpers vorbeiströmen können.

>> Hast du die Möglichkeit, die Temperatur der Alu-Trägerplatte zu messen?

> Ich selber habe leider keine Präzisionsthermometer, nur so welche ollen
> Dinger für die Raumtemperatur die ja sehr ungenau sind (und die Fühler
> ziemlich groß). Aber ich könnte eventuell eines ausleihen. Oder genügt
> so ein ungenaues Teil für ein ungefähres Bild wie warm die LED ist?

Die Frage ist nur, ob du den Fühler thermisch angekoppelt kriegst. Auch 
mit einfachen Multimetern kriegt man heute Temperaturfühler 
mitgeliefert, die sich deutlich besser eignen als ein Zimmerthermometer.

[Boris O. (bohnsorg)]

1. zuviel Wärmeleitpaste
2. Lötstopplack auf der Unterseite
3. Unebenheiten des Kupfers wg. Durchkontaktierungen (Vias)
4. möglicherweise keine filled Vias
-> senkt alles die Wärmeleitfähigkeit/ Steigert den Wärmewiderstand

Eine der LEDs musst du kaputtbekommen, um Rückschlüsse auf den 
Wärmewiderstand ziehen zu können. Um die Messung der Temperatur kommst 
du nicht herum und die Multimetervariante mit den Thermoelementen ist 
ziemlich einfach/ zuverlässig. Midpower-LEDs gehen zuverlässig auf einem 
Alukernstreifen. Die FR4-Sternplatine hat mE. ausreichend Fläche. Der 
Wärmewiderstand zum Metallprofil ist aber ziemlich hoch.

Und es heißt zwar Wärmeleitpaste, aber sie funktioniert nicht nach dem 
Prinzip mehr Paste leitet mehr Wärme. Ihre Aufgabe ist nur, die kleinen 
Lufteinschlüsse (zwischen Kühlkörper und Bauteil oder Isolierunterlage) 
auszufüllen.

[M. S. (ms111)]

Ich habe den Aufbau jetzt noch mal vergleichsweise 3 stunden getestet 
und das T-Profil so befestigt das es aufrecht ist. Es ist nun nicht mehr 
so heiß, jedoch ist es nach wie vor merklich wärmer als das H-Profil. 
Könnte es vllt daran liegen das die Oberfläche vom eloxierten Profil 
glatter ist?

Die Wärmeleitpaste ist an der Seite rausgedrückt, nachdem ich die LEDs 
angedrückt habe. Die Schicht mit Wärmeleitpaste dürfte nicht sonderlich 
dick sein. Es ist ja auch nicht so das beide Kühlkörper bzw beide LEDs 
heiß werden sondern nur die auf dem T-profil, von dem ich mir eig ne 
bessere Kühlung erhofft hatte. Bis auf die Profile ist der aufbau eig 
komplett baugleich. Die werden auch beide aus der gleichen KSQ in Reihe 
betrieben...

Ja ich hatte sogar mal ein multimeter mit nem temperatursensor, der 
liegt irgendwo herum. werde ich mal nach ausschau halten

[Mike J. (linuxmint_user)]

M. S. schrieb:
> jedoch ist es nach wie vor merklich wärmer als das H-Profil.
> Könnte es vllt daran liegen das die Oberfläche vom eloxierten Profil
> glatter ist?

Nein, eigentlich ist ein raues Profil wegen seiner größeren Oberfläche 
besser geeignet um Wärme abzuführen.

Meist werden auf der Oberfläche von Kühlkörpern wellenförmige 
Oberflächentrukturen genutzt damit man die Oberfläche vergrößern kann.

Das Problem strukturierter Oberflächen ist eben dass es schwieriger wird 
sie zu reinigen. Wenn sich Staub festsetzen kann wird die Wärmeleitung 
schlechter.

Ich habe hier unter anderem Fingerkühlkörper die mit den Alu-Lamellen 
nach unten zeigen, so kann sich kein Staub absetzen.


So dicke Wärmeleitende Profile sind eigentlich nicht sehr nützlich da 
die Wärmemenge (1 bis 2 Watt) eigentlich nicht so groß ist.
Wichtig wäre eine möglichst große Oberfläche damit die sich erwärmende 
Luft an der Oberfläche des Kühlkörpers aufsteigen kann.

Du kannst den H-Kühlkörper einfach einmal aufstellen, so wie ein 
Schornstein. Also nicht liegend betreiben, das könnte etwas bringen.
Du kannst vielleicht sogar die eine Seite abkleben, aber unten ein Loch 
lassen damit die Luft nachströmen kann.
Vielleicht bringt der Kamineffekt etwas.

Also so:

==========  <-- H-Profil
|   ||
|   ||O <-- LED
|   ||
==========
^
|-Folie/Papier