Hallo!
Ich möchte überschlagsmässig den Rth eines Kühlblechs berechnen. Zb man
hat ein Alublech, 5mm stark, Abmessungen sind bekannt, zb 10cm x 10cm.
Wie kann man grob den Rth berechnen?
Man müsse sozusagen einen Spezifischen Widerstand des Alu-Luft
Überganges kennen um über die Oberfläch auf den Rth zu kommen. Schon
klar das Abstrahlung und Konvektion da mitspielt.
Ich möche nur grob berechnen können, ob das Kühlblech 0.5K/W, 1K/W oder
4K/W hat.
Kennt jemand eine Methode?
MFG
kenn ich, hilft wenig. Welch länge ist einzusetzen? Die Wärme geht von
einem punkt weg, zu jedem punkt an der oberfläche ist die länge welche
durchströmt wird verschieden. Und bei querschnitt? Im Moment könnte ich
soetwas nur mit Ansys lösen aber das dauert und ist schon ne zeit her.
Ich such eine Art Faustformel, die vl +-40% abweicht.
Mfg
>Sollte ja eher einfach sein.
wer sagt was von messen? Messen kann das jeder. Es gibt Leute die
Berechnen vorher.
Gibts hier erfahrene Entwickler, die soetwas grob berechnen können?
MFG
Danke Daniel, interessanter Link.
Es scheint als geht das über den Wärmeübergangskoeffizent, also genau
das was ich unwissend als "Spezifischen Widerstand des Alu-Luft
Überganges".
Gemäß der Formel Q=k*A*dT*dt, also P=k*A*dT somit müsste Rth=k*A sein,
wenn man davon ausgeht dass das Aluinium ideal ist. Jedoch scheint mir
dieser linear Zusammenhanf zu einfach. Kommen auch keine plausiblen
Werte raus. Kennt jemand einen anderen/besseren Ansatz?
MFG
Da gibt es ein Buch für Berufsschulen: Europa-Verlag, Mathematik für
Elektroniker Ausgabe N.
Da hat es auf Seite (66) einfache Aufgaben und ein passendes Diagramm
dazu.
http://www.changpuak.ch/electronics/downloads/BerechnungKuehlkoerper.pdf
hier steht Rth=50/sqrt(A).
>also P=k*A*dT somit müsste Rth=k*A sein
ist falsch müsste so sein: Rth=1/(k*A)
Man nehme ein 0,2cm x 5cm x 10cm großes Kühlblech.
mit einem Wärmeübergangskoeffizent von k=10 W/Km² müsste es einen
Rth=10K/W haben. Plausibel?
Hallo Mark,
ich berechne täglich Kühlkörper, genauer gesagt die Entwärmung von
Elektronischen Bauelementen. Alle Fausformel helfen dir nur wenig. Für
einen +/- X% Ansatz helfen dir nur die Navier Stokes Gleichungen bzw.
FEM/VEM Gleichungssysteme. Insbesondere musst du dich insbesondere mit
dem Konvenktion (laminar & turbulent) beschaftigen, desweiteren ist die
Gravitation (Lage im Raum ) von Bedeutung.
Meine Meinung: Lass es sein die Gleichungssysteme von Hand zu lösen, du
machst dir keine Freude.
Selbst für einfache Prinzipielle Überlegungen sind etliche hundert
Zellen und Konten zu berechnen.
Folgendes Angebot von mir: Ich hab hier mehr als genügend
Rechenkapazität, wenn du eine Skizze deines Problems online stellst, jag
ich es durch meine Simulationsumgbenung und du bekommst ein paar bunte
Bilder die dann du deuten kannst.
Meine Meinung / Erfahrung *2:
Bei der Entwärmung von Bauteilen kommt es insbesondere (und fast
ausschließlich) auf den Thermischen Widerstand des zu entwärmenden
Bauteils an. Wenn sich jemannd dafüf näher interessiert gehe ich
detailiert darauf ein...
Kuehlung ist nicht ein paar Kennziffern, sondern ein Konzept. Mit ein
paar Watt erhitzt man erst das Bauteil, dann den Kuehlkoerper und dann
die Umgebung. Im unguenstigen Fall erhitzt man damit die Bauteile in
einem Plastikgehaeuse gleichmaessig. Daher sollte man auch das passenden
Gehaeuse haben. Man muss daher vom Gehauese ausgehen und sich fragen
bringe ich die Leistung da weg ? Erst dann fragt man sich wie man die
Leistung von der Komponente wegkriegt.
Die zu einem kuehkoerper publizieten Kennziffern kann man nicht direkt
uebernehmen. Denn es wird davon ausgegangen : Rippen senkrecht, die
Luftstroemung entlang, mit unten und oben je ein Fuss ungehinderte
Stoemung. Typisch Norm eben.
@CFD Man:Mittels FEM (Ansys) kann(eher konnte) ich das auch rechnen
lassen, bzw "bunte Bilder" ploten.
Aber wenn du das täglich machst bist du 100x schnell, ich komm gerne auf
das Angebot zurück wenn ich konkretes weis. Welche Software benützt du?
@Arno: Danke für den Link, interessant!
>Die zu einem kuehkoerper publizieten Kennziffern kann man nicht direkt>uebernehmen. Denn es wird davon ausgegangen : Rippen senkrecht, die>Luftstroemung entlang, mit unten und oben je ein Fuss ungehinderte>Stoemung.
Auf eine Art muss man einen KK ja parametrisieren. Gut das es eine
wenigstens eine Norm gibt.
In dem konkreten Beispiel, Blech Senkrecht, kein Gehäuse als genug Platz
für eine laminare Strömung.
Wie gesagt eine grobe Formel die hilft einzuschätzen ob ein 0,2cm x 5cm
(vert) x 10cm (horiz) Alublech, einen Widerstand von 1K/W 5k/W oder gar
10k/W hat. Keiner hier Erfahrung um das abzuschätzen?
>ch möchte überschlagsmässig den Rth eines Kühlblechs berechnen. Zb man>hat ein Alublech, 5mm stark, Abmessungen sind bekannt, zb 10cm x 10cm.
Wozu willst du das haben?
Warum willst du unbedingt ein 5mm (!) starkes Blech (?) einsetzen?
Ist eigentlich kein Blech.
Für das "Blech" gibt es Standardberechnung, die aber von Anordnung und
Oberflächenfärbung abhängt.
Warum nimmst du keinen Kühlkörper mit definierten Rth?
>0,2cm x 5cm(vert) x 10cm (horiz) Alublech>5mm (!) starkes Blech (?) einsetzen
2mm, hab mich verschrieben.
Aber ob 5mm ein "Blech" ist oder nicht ist Ansichtssache, im Gehäusebau
ist 5mm auch ein "Blech". Im Schiffsbau sind mehrer cm auch Blech. Die
Voest bezeichnet stärken bis 10cm als Blech.
Aber egal es geht um 2mm, und in abtracht der Verhältniss wohl ein
"Kühlblech".
>Warum nimmst du keinen Kühlkörper mit definierten Rth?
1. Weil ich unmengen an Cu und Alublech habe.
2. Platz keine Rolle spielt
3. Ich gerne Abschätzen können wird wenn man ein Kühlblech sieht wieviel
Rth das hat. In Industiellen Geräten werden immer noch oft einfache
Bleche eingesetzt (machmal Rippen eingeschnitten) weil unschlagbar
billig.
Im "Das Große Werkbuch Elektronik" ist eine Tabelle enthalten. Danach
kommt das Alu-Blech 100 mm x 100 mm x 2 mm auf einen Wärmewiderstand von
7 K/W bei Wärmequelle im Zentrum, senkrechter Montage und blankem
Material. Ich habe diese Tabelle schon benutzt und kann sagen dass es
einigermaßen passt.
Berechnungen von Hand werden wohl auch kein genaueres Ergebnis liefern.
Interessant wäre noch welche Ergebnisse die Simulation und eine Messung
bringen. Meine Vermutung ist dass am Ende drei völlig verschiedene
Zahlen im Raum stehen werden.
Falls es noch irgend jemand interessiert: Ich habe in einem alten
Büchlein aus der Topp Buchreihe Elektronik über
Stabilisierungsschaltungen mit Halbleitern (von 1969:-) eine Grafik
gefunden, nach der ein quadratisches, 2 mm starkes blankes Alublech mit
Kantenlänge von
3 cm etwa 30 K/W hat,
4 cm etwa 20 K/W,
5 cm etwa 14 K/W,
6 cm etwa 10 K/W,
8 cm etwa 6,5 K/W,
10 cm etwa 5 K/W,
15 cm etwa 3 K/W und
20 cm etwa 2,5 K/W.
Bei größeren Kantenlängen sinkt Rth nicht mehr viel weiter, was sicher
leicht nachvollziehbar ist.
Die Werte gelten für mittige Montage des Leistungshalbleiters und
senkrechte Anordnung. Bei waagrechter Anordnung sind die Werte mit 1,3
zu multiplizieren, nimmt man geschwärztes Blech mit 0,7.
Ich schreibe das mal hier zu diesem alten Thread noch dazu weil meine
Google Suche nach "thermischer Widerstand Aluminium" diese Seite hier
als einen der obersten Treffer brachte und ich mir denke dass diese
Frage öfter mal auftaucht.
Hallo zusammen,
ich habe mir das Thema durchgelesen, da mich der Punkt durchaus auch
interessiert. Allerdings habe ich keine wirkliche Antwort gefunden. Viel
mehr ist da eine Frage, die ich mir nicht erklären kann.
Ich habe aus den Beiträgen mitgenommen, dass sich der thermische
Widerstand mit
R_th = l/(k*A) berechnet.
Mir ist klar, dass l die Dicke (in den Beispielen 2mm = 0,02m) und A die
Fläche (bspw. 10cm*10cm = 100cm^2 = 0,01m^2) ist. k (teilweise wohl auch
Lambda) ist bei Aluminium ja irgendwas um 220-240W/m*K.
Wenn ich das jetzt aber in die Formel einsetze, dann kommt man auf:
R_th = 0,02m/(220W/m*K * 0,01m^2) = 0,02m / 2,2 Wm/K = 0,0091 K/W.
Ich verstehe einfach nicht wieso da so ein falscher Wert rauskommt, wenn
doch diese Formel von den Maßeinheiten her stimmt. Ich glaube ja schon
daran, dass es nur ein banaler Fehler bei den Maßeinheitenumrechnungen
ist, aber ich sehe es einfach nicht.
Vielleicht sehe ich ja den Wald vor lauter Bäumen mittlerweile nicht
mehr, aber ich komme einfach auf keinen grünen Zweig.
P.S.: Man möge mir meine schlichte Formatierung verzeihen, aber ich bin
aktuell unterwegs.
Vielen Dank schonmal für das Augenaffen. :)
HerrSchue schrieb:> dass sich der thermische> Widerstand mit> R_th = l/(k*A) berechnet.
Das heisst, der Widerstand ist umso grösser, je dicker das Blech - d.h.
die Formel gilt für Wärmeleitung durch das Blech senkrecht zur Fläche A.
Das ist was völlig anderes als die Kühlung eines Halbleiters durch ein
Blech, für die ist die Wärmeleitung entlang des Bleches massgabend, und
die ist besser bei grösserer Dicke. Da müsste also l im Nenner stehen.
Deine Formel sagt, ein Blech kühlt umso besser je dünner es ist, das ist
für deinen Zweck natürlich völliger Unsinn.
Georg
HerrSchue schrieb:> Ich habe aus den Beiträgen mitgenommen, dass sich der thermische> Widerstand mit R_th = l/(k*A) berechnet.
Daß diese Formel nicht stimmen kann - zumindest dann nicht wenn l die
Länge und A die Fläche eines Bleches sind, hat Georg ja schon geklärt.
Bleibt noch die Frage woher du diese Formel denn hast. Womöglich hast
du sie ja nur falsch verwendet.
Eines der älteren Werke meiner Literatursammlung (electronica Heft 210)
enthält die folgende Formel für den Wärmewiderstand eines Kühlblechs mit
quadratischer Form und der Wärmequelle im Zentrum:
Dabei sind:
R_thK der Wärmewiderstand des Blechs in K/W
C ein Korrekturfaktor für Lage und Oberflächenbeschaffenheit
A die Fläche in cm²
Lambda der Wärmeleitwert in W/(K*cm)
d die Dicke des Blechs in mm
Das Heft erwähnt ebenfalls, daß der zweite Bruch für 2mm starkes,
blankes Blech den Wert 1.55 für senkrechte und 1.61 waagerechte Lage
annimmt. Und daß C den Wert 0.85 für senkrechte und 1.0 für waagerechte
Lage hat.
Ein Blech von 10x10cm² in waagerechter Lage hat dann einen
Wärmewiderstand von ca. 8.1K/W, in senkrechter Lage ca. 7.1K/W
Da die Dicke des Blechs nur in den zweiten Bruch eingeht und noch dazu
unter der Wurzel steht, wird dein 5mm starkes Blech ca. 7.5K/W bzw.
6.5K/W haben.
Axel S. schrieb:> Da die Dicke des Blechs nur in den zweiten Bruch eingeht und noch dazu> unter der Wurzel steht, wird dein 5mm starkes Blech ca. 7.5K/W bzw.> 6.5K/W haben.
Kommt ungefähr hin, die
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm sagt
Für quadratisches 2mm starkes Alublech bei senkrechter Montage, freier
Luftzirkulation und mittiger Montage der Wärmequelle gilt in etwa:
Seitenlänge (mm) Wärmewiderstand (K/W)
25 100
30 60
40 40
55 20
80 10
100 7
120 5,5
150 4
200 3
Schwarz eloxiert reichen 70% dieser Werte.
Vielen Dank für die schnelle Antwort.
Eine kurze Frage hätte ich noch. Sind die Werte 650 und 3,3 Konstanten,
die sich aus der Herleitung der Formel ergeben haben, oder sind das
eigentlich auch variablen (wovon ich jetzt nicht ausgehe - aber ich
frage zur Sicherheit noch einmal nach).
Vielen Dank nochmal. :)
HerrSchue schrieb:> Eine kurze Frage hätte ich noch. Sind die Werte 650 und 3,3 Konstanten,> die sich aus der Herleitung der Formel ergeben haben, oder sind das> eigentlich auch variablen (wovon ich jetzt nicht ausgehe - aber ich> frage zur Sicherheit noch einmal nach).
Das sind Konstanten, die sich aus der speziellen Wahl des Wertes C
ergeben haben. Und ein bißchen wohl auch aus den krummen verwendeten
Maßeinheiten (mal mm, mal cm). Aber da ich keine weiteren Werte für C
kenne (electronica 210 referenziert hier weitere Literatur die ich nicht
habe) nützt die Formel ohnehin nicht viel.
Dazu kommt noch, daß die Formel selbst auch nur eine Näherung ist. Sie
gilt nicht für besonders dünne Bleche, sondern nur für Blecke die dick
genug sind, daß sie über die gesamte Fläche annähernd die gleiche
Temperatur haben. Dazu kommt dann noch, daß der Wärmewiderstand eines
Kühlkörpers in Wirklichkeit gar nicht konstant ist, sondern bei höherer
Temperaturdifferenz zur Umgebung leicht abnimmt. Usw. usf.
Fur die exakte Berechnung des thermischen Verhaltens kommt man um eine
physikalische Simulation nicht herum. Es gibt etliche FEM-Systeme, die
das bereits eingebaut haben.
Axel S. schrieb:> sondern nur für Blecke die dick> genug sind, daß sie über die gesamte Fläche annähernd die gleiche> Temperatur haben.
Das ist in der Praxis unrealistisch für grössere Bleche. Das sieht man
schon daran, dass der Wärmewiderstand keineswegs proportional zur Fläche
abnimmt, eben weil die äusseren Flächenteile weniger Wärme mitbekommen.
Daher hat die Grösse auch sinnvolle Grenzen, hier 200 mm. Laut der Liste
ist der Wärmewiderstand bei 200 mm nur etwas weniger als die Hälfte wie
bei 100 mm, obwohl die Fläche 4 mal so gross ist.
Bei Wärmeflächen auf Leiterplatten, wo die Schicht ja viel dünner ist,
hat man die Faustformel, dass eine Fläche grösser 25 x 25 mm keine
sinnvolle Verbesserung mehr bringt. Das ganze ist halt SEHR nichtlinear.
Georg
Guten Tag Zusammen
Bei DigiKey wird bei den Kühlkörpern ein Wert von 20W @ 60°C angegeben
und kein Watt[thermisch]/Kelvin. Gibt es da eine Umrechnungsformel? Auf
der Suche nach 20W @ 60°C im DuckDuckGo oder Google kam leider nichts
was mir weitergeolfen hätte den richtigen Kühlkörper für die Schaltung
aus zu suchen.
Gruss
X.
Ja der Artikel hat aber mein Problem gut angeschnitten.
Es ist der erste KK in der Liste: HS380-ND für TO220 der mit 63mm Höhe.
Im Datenblatt auf Seite 56 war ich auch schon. Habe aber da nicht
rausgefunden ob der LM338T im TO220 Gehäuse an diesem Kühlkörper bei
maximal 10V x 5A = 50W Verlustleistung die Thermik "schlucken" kann oder
nicht. Zur Not könnte ich noch einen Ventilator einplanen, der bringt
aber nur die Stauwärme weg..... Im Datenblatt des LM338T stehen da 3
Werte mit einem Rth drin. Welchen ich nehmen muss, alle einzeln oder
miteinander oder über 1/RthX multibliziert... gelesen habe ich wohl
zuviel....
Ist dieser Wert: 20W @ 50°C direkt zu interpretieren? Auf jeden fall
ahbe ich das nicht auf die Reihe gekriegt mit den Formeln im Internet
dieser Grad W/K Berechnung....
Sorry und Gruss
X
Moin,
du scheinst hier unter allen kommentierenden der kompetenteste zu sein
:) könnte ich dich auch mal privat anschreiben, da ich ein ähnliches
Problem habe und nach Stunden langem googlen nicht mehr weiter weiß. Ich
verstehe zu wenig davon und finde lauter unterschiedliche Erklärungen.
Hoffe sehr auf eine Antwort!!! :)
VG
Axel S. schrieb:>> Ich habe aus den Beiträgen mitgenommen, dass sich der thermische>> Widerstand mit R_th = l/(k*A) berechnet.>> Daß diese Formel nicht stimmen kann - zumindest dann nicht wenn l die> Länge und A die Fläche eines Bleches sind, hat Georg ja schon geklärt.> Bleibt noch die Frage woher du diese Formel denn hast. Womöglich hast> du sie ja nur falsch verwendet.
Hallo, bin gerade über diesen schon etwas älteren Beitrag gestolpert und
musste doch etwas schmunzeln...
Zum Zitat von Axel S. (s.oben):
Doch, diese Formel "R_th = l/(k*A)" stimmt ganz genau so!
Und zwar genau dann, wenn l die Länge und A die Fläche eines
wärmeleitenden Körpers sind. Im Beispiel wäre es dann eine
Aluminiumplatte mit A = 10cm x 10cm Gesamtfläche und einer Länge von 2
mm (das ist hier die Blechdicke, durch die die Wärme hindurch tritt).
Dieses Gebilde hat dann eben auch einen sehr kleinen thermischen
Widerstand.
Gesucht wird hier aber der thermische Widerstand einer Aluplatte
gegenüber der umgebenden Luft, mit einer Wärmequelle in der Mitte und
einem Wärmetransport in der Platte (von der Wärmequelle in der Mitte zu
den Rändern hin).
