Hallo Leute, ich hätte da mal eine Frage bzgl. dem Anstieg der Umgebungstemperatur bei Betrieb einer Elektronik. Wie kann man ausrechnen, um wieviel die Temperatur innerhalb eines definierten Gehäuses bei definierten Bauteilen mit definierten Strömen und definierter Außentemperatur steigt? Hintergrund: Bei Bauteilen ist ja immer diese schöne Operating Temperature angegeben. Angenommen die beträgt 140°C. Wenn ich nun schon eine Ambient Temperature von 135°C außerhalb des Gehäuses habe, dann muss ich ja noch die Temperatur draufrechnen, die durch die Leistungsaufnahme der Elektronikkomponenten innerhalb des Gehäuses entsteht. Dadurch habe ich im Gehäuse eine noch höhere Temperatur - ist doch richtig oder? Danke schon mal im Voraus.
D. Fries schrieb: > [...] > Wie kann man ausrechnen, um wieviel die Temperatur innerhalb eines > definierten Gehäuses bei definierten Bauteilen mit definierten Strömen > und definierter Außentemperatur steigt? Glaub mir, wenn Du schon so fragst, dann willst Du das gar nicht so genau ausrechnen. Thermodynamik ist sehr komplex. > [...] > Wenn ich nun schon > eine Ambient Temperature von 135°C außerhalb des Gehäuses habe, dann > muss ich ja noch die Temperatur draufrechnen, die durch die > Leistungsaufnahme der Elektronikkomponenten innerhalb des Gehäuses > entsteht. Dadurch habe ich im Gehäuse eine noch höhere Temperatur - ist > doch richtig oder? Das ist richtig. Das Gehaeuse gibt aber gleichzeitig Energie an die Umgebung ab, wodurch (zumindest im geschlossenen System) auch die Umgebungstemperatur steigt... Wenn Du's wirklich ganz genau wissen willst, dann schau Dir mal die Hauptsaetze der Thermodynamik an. Im Zweifel ist Messen der einfachere Ansatz. ;) Volker
Dafür gibts tolle Simulationstools z.B. FloTherm. Selber rechnen will ich das nicht.
D. Fries schrieb: > Wie kann man ausrechnen, um wieviel die Temperatur > und definierter Außentemperatur steigt? Die Temperatursteigerung ist unabhängig von der Außentemperatur, das reduziert die Zahl der Parameter schon mal.
Ganz einfach. 1. Wärmestrom = thermische Leistung im Gerät 2. Wärmestrom= Temperaturdifferenz / thermischer Widerstand 3. thermischen widerstand des Gehäuses bestimmen 4. Umgebungstemperatur festlegen 5. Nach Geräteinnentemperatur umstellen und ausrechnen 6. fertig - Meister!
... schrieb: > Die Temperatursteigerung ist unabhängig von der Außentemperatur, das > reduziert die Zahl der Parameter schon mal. In der grauen Theorie vielleicht, wenn man das Gehaeuse als (thermodynamisch) geschlossenes System betrachtet. In der Praxis gibt's das natuerlich nicht. Joe G. schrieb: > Ganz einfach. > > 1. Wärmestrom = thermische Leistung im Gerät > 2. Wärmestrom= Temperaturdifferenz / thermischer Widerstand > 3. thermischen widerstand des Gehäuses bestimmen > 4. Umgebungstemperatur festlegen > 5. Nach Geräteinnentemperatur umstellen und ausrechnen > 6. fertig - Meister! Was natuerlich auch nur (ansatzweise) stimmt, wenn die Umgebungstemperatur immer auf exakt dem gleichen Wert gehalten wird (also die vom Gehaeuse abgegebene Energie wiederum abgibt). Volker
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Volker Schulz schrieb: > Was natuerlich auch nur (ansatzweise) stimmt, wenn die > Umgebungstemperatur immer auf exakt dem gleichen Wert gehalten wird > (also die vom Gehaeuse abgegebene Energie wiederum abgibt). Wer möchte, kann ja den Raum mit in die Rechnung nehmen. Wenn es draußen Winter ist, und nur das Gerät heizt, wird es ganz schön kalt (siehe Beispiel).
> Wenn ich nun schon eine Ambient Temperature von 135°C außerhalb > des Gehäuses habe, dann muss ich ja noch die Temperatur > draufrechnen, die durch die Leistungsaufnahme der > Elektronikkomponenten innerhalb des Gehäuses entsteht. Dadurch > habe ich im Gehäuse eine noch höhere Temperatur - ist doch > richtig oder? Natürlich. Da du ein vollkommen geschlossenes Gehäuse hast, ist die Berechnung einfach: Du brauchst nur die Leistungsaufnahme der Schaltung und den Wärmewiderstand des Gesamtgehäuses zur Umgebung. Bei beispielsweise 1 K / W Wärmewiderstand und 1 W Leistungsaufnahme wird es im Gehäuse 1 GradC wärmer sein als draussen, Achtung, die Wärmeübergangswiderstände der Oberflächen sind meist das bestimmende. Wir warm dann einzelne Bauteile sind, kannst du weiter rechnen, denn die Gehäuseinnentemperatur ist dann DEREN "ambient temperature".
Joe G. schrieb: > Volker Schulz schrieb: >> Was natuerlich auch nur (ansatzweise) stimmt, wenn die >> Umgebungstemperatur immer auf exakt dem gleichen Wert gehalten wird >> (also die vom Gehaeuse abgegebene Energie wiederum abgibt). > > Wer möchte, kann ja den Raum mit in die Rechnung nehmen. Wenn es draußen > Winter ist, und nur das Gerät heizt, wird es ganz schön kalt (siehe > Beispiel). Ich wollte nicht sagen dass Du Unrecht hast, nur darauf hinweisen dass es nur dann relativ einfach zu berechnen ist, wenn man einiges simplifiziert (so wie Du das gemacht hast und auch MaWin gerade). Das geht dann aber auf Kosten der Genauigkeit und schon lohnt sich der ganze Aufwand unter Umstaenden nicht mehr. ;) Volker
Ein überschlägiger Ansatz: Die Wärmeleitfähigkeit Luft im Gehäuse ---> Gehäuse ---> Luft außerhalb des Gehäuses beträgt angenähert 3W / (m**2 * K) (Wärmeleitfähigkeit des Gehäusematerials wesentlich größer als Wärmeleitfähigkeit der Gehäuse-Luft-Übergänge). Das Ganze gilt bei "ruhender" Luft. Bernhard
Wahnsinn wie schnell man hier immer wieder gute Antworten bekommt :-) Ich danke euch vielmals. Mir reicht eine überschlägige Rechnung vollkommen aus, d.h. ich gehe auch von stehender Außenluft und konstanter Außentemperatur aus. Ich brauchs nicht aufs Zehntel Grad genau. Ich will einfach wissen, wie hoch die Maximaltemperatur in diesem Gehäuse ist bei einer festen Außentemperatur und konstanter Leistungsaufnahme der Elektronikschaltung. Ich werde also mal versuchen herauszufinden welchen thermischen Widerstand das Gehäuse hat, um die Temperaturdifferenz ausrechnen zu können. Als thermischen Gesamtwiderstand nehme ich dann zweimal den Widerstand von Gehäuse-Material zu Luft an, oder?
Volker Schulz schrieb: > ... schrieb: >> Die Temperatursteigerung ist unabhängig von der Außentemperatur, das >> reduziert die Zahl der Parameter schon mal. > > In der grauen Theorie vielleicht, wenn man das Gehaeuse als > (thermodynamisch) geschlossenes System betrachtet. In der Praxis gibt's > das natuerlich nicht. Was hat das jetzt mit einem (thermodynamisch) geschlossenes System zu tun? Die Temperatursteigerung ist alleine durch innen erzeugt Wärme und Wärmeübergangswiderstand nach Außen bestimmt. Die Außentemperatur spielt keine Rolle. Wenn es Außen 10 K wärmer ist, wird es drinnen auch 10 K wärmer.
D. Fries schrieb: > Als thermischen Gesamtwiderstand nehme ich dann zweimal den Widerstand > von Gehäuse-Material zu Luft an, oder? Nein, nur einmal. Er beinhaltet schon die Mantelfläche des Gehäuses.
... schrieb: > Was hat das jetzt mit einem (thermodynamisch) geschlossenes System zu > tun? > Die Temperatursteigerung ist alleine durch innen erzeugt Wärme und > Wärmeübergangswiderstand nach Außen bestimmt. Die Außentemperatur spielt > keine Rolle. Wenn es Außen 10 K wärmer ist, wird es drinnen auch 10 K > wärmer. Eben. Nur wenn die Umgebungstemperatur < Gehaeusetemperatur ist, kann das Gehause aber Energie abgeben und zwar nur so lange, bis Umgebungstemperatur = Gehaeusetemperatur ist. Dass die Umgebungstemperatur (an der Oberflaeche des Gehaeuses) konstant bleibt ist praktisch unmoeglich (zumindest solange das Gehause noch Energie abfuehrt). Volker
Bernhard R. schrieb: > Die Wärmeleitfähigkeit > Luft im Gehäuse ---> Gehäuse ---> Luft außerhalb des Gehäuses > beträgt angenähert 3W / (m**2 * K) Hallo Bernhard, der Wert ist wirklich 3 W/(m²K). Oder anders gerechnet, wenn ich 10W abführen will und mein Gehäuse ein Würfel mit 10cm Kantenlänge ist dann hätte ich deltaT = 10W/ (6 * 0,1²m² 10W 3(W/m²K)) = 10 / (6 * 0,01 * 3) K = 10K/0,18 also ungefähr 60K. Kommt das hin? Gruß Udo
Volker Schulz schrieb: > Eben. Nur wenn die Umgebungstemperatur < Gehaeusetemperatur ist, kann > das Gehause aber Energie abgeben und zwar nur so lange, bis > Umgebungstemperatur = Gehaeusetemperatur ist. Dass die > Umgebungstemperatur (an der Oberflaeche des Gehaeuses) konstant bleibt > ist praktisch unmoeglich (zumindest solange das Gehause noch Energie > abfuehrt). Konkret gehe ich von einer maximalen Umgebungstemperatur von 140°C aus und möchte wissen, wie warm die Luft im Gehäuse maximal werden kann. Wo kommen denn diese 3 W/(m²K) her? Ist es hier egal aus welchem Material das Gehäuse ist und wie dick es ist?
Entschuldigung für das Doppel-Posting. Eine Frage habe ich noch: Welchen Wert setze ich denn für die Fläche ein? Die Gehäuseinnenoberfläche, die Gehäuseaußenoberfläche oder den Mittelwert aus beiden? Je dicker das Gehäuse ist desto größer ist ja der Unterschied.
D. Fries schrieb: > Konkret gehe ich von einer maximalen Umgebungstemperatur von 140°C aus > und möchte wissen, wie warm die Luft im Gehäuse maximal werden kann. Die 140°C helfen dir wenig. Du mußt wissen, welche Leistung das Bauelement abgibt. In meiner obigen Gleichung also das Qp D. Fries schrieb: > Welchen Wert setze ich denn für die Fläche ein? Die > Gehäuseinnenoberfläche, die Gehäuseaußenoberfläche oder den Mittelwert > aus beiden? Je dicker das Gehäuse ist desto größer ist ja der > Unterschied. Die Gehäuseausßenoberfläche. Die Temperaturdifferenz durch Wärmeleitung durch das Gehäuse vernachlässigen wir mal.
Joe G. schrieb: > Die 140°C helfen dir wenig. Du mußt wissen, welche Leistung das > Bauelement abgibt. In meiner obigen Gleichung also das Qp Ja, das habe ich mittlerweile verstanden, danke ;-) Klar, die Leistungsaufnahme der Schaltung kenne ich. Muss nur noch rausfinden welchen Wärmedurchgangskoeffizient das Gehäusematerial hat, damit ich weiß, ob ich mit den überschlägigen 3W/m²K rechnen kann.
D. Fries schrieb: > Wo kommen denn diese 3 W/(m²K) her? Ist es hier egal aus welchem > Material das Gehäuse ist und wie dick es ist? 3W / (m**2 * K) ist der Wärmeleitwert für 2 hintereinander geschaltete Wand-Luft-Übergänge - jeweils 6W / (m**2 * K). Steht in jedem Tabellenwerk für Bauingenieure und Bauhandwerker. Der berühmte k-Wert von Wänden, Türen und Fenstern entspricht genau diesem Wärmeleitwert. Material und Dicke der Gehäusewand spielen erst dann eine Rolle, wenn der Wärmeleitwert des Gehäuses entsprechend niedrig wird (dicke Wände aus schlecht wärmeleitendem Material). Bernhard
D. Fries schrieb: > Muss nur noch rausfinden welchen Wärmedurchgangskoeffizient das > Gehäusematerial hat Das hier hilft vielleicht etwas weiter: http://www.thermoconsult.de/01_TechInfo/Rippen-KK.pdf
Hallo, U-Wert = 3W/qmK ? Du hast doch vielleicht 3 Übergänge Feststoff-Luft. Schaltungsbausteine an Gehäuseluft, (alpha= 5,7 W/qmK bei ruhender Luft ) Gehäuseluft -- Gehäuseaußenwand, --( Vernachlässigtes Gehäuse Alu 270 W/qmK, Edelstahl 15 W/qmK ) Gehäuseaußenwand--Außenluft U-Wert = 5,7/3 = 1,9 W/qmK Zur Schaltung müsste man wissen, ob nur der Strom der elektronischen Schaltung relevant ist. Wenn sich alles nur innerhalb der Kiste abspielt ist es ja gut, wenn aber z.B. Leistungshalbleiter für einen Motor mit zig Ampere geschaltet werden, sind deren Durchlassverluste+Schaltverluste wohl dominant. Vielleicht hilt das hier, wenn die Dicke der inneren Luftschicht bekannt ist: http://www.zukunft-haus.info/fileadmin/zukunft-haus/documents/berechnungen/uebergangswiderstaende_luftschichten.pdf Aus Seite 2 ist eine Tabelle mit 1/k-Werten Aber es geht dort um Gebäude, des erkennt man auch daran, dass als äußerer Übergangsleitwert 0,04 == 20 W/qmK angenommen ist, dazu braucht es schon Wind. Das ist wohl geeigneter: http://www.schweizer-fn.de/stoff/wuebergang_gase/v2_wuebergang_gase.htm @feinmechaniker: Du hast wohl die Wärmeübertragungsvorlesung geliebt ;-) Prandtl Nusselt Grashof, da wird einem ja schwindelig
Horst Hahn schrieb: > @feinmechaniker: > Du hast wohl die Wärmeübertragungsvorlesung geliebt ;-) Darf ich ehrlich sein? Ich hatte keine Vorlesung in Wärmeübertragung. Es gibt jedoch Bücher und lesen hatte ich auch schon recht frühzeitig gelernt.
Horst Hahn schrieb: > Wenn sich alles nur innerhalb der Kiste abspielt ist es ja gut, wenn > aber z.B. Leistungshalbleiter für einen Motor mit zig Ampere geschaltet > werden, sind deren Durchlassverluste+Schaltverluste wohl dominant. Es gibt kein wirklich dominantes Bauteil. Die mittlere Leistungsaufnahme beträgt 0,39W. Ich habe nun den Wärmewiderstand des Materials herausgefunden: 0,27 W/mK. Diesen muss ich durch die Materialdicke teilen, damit ich auf den Wärmedurchgangskoeffizient [W/m²K] komme, richtig? Angenommen die Dicke ist 3mm, dann erhalte ich einen Wärmedurchgangskoeffizient von 90 W/m²K. So wie ich das sehe, kann ich diesen also vernachlässigen. Bei 0,39W Leistung und einer Gehäuseoberfläche von 5000mm² komme ich also auf einen Temperaturanstieg von 26°C. Horst Hahn schrieb: > Du hast doch vielleicht 3 Übergänge Feststoff-Luft. Ich möchte aber eigentlich nur die Lufttemperatur im inneren des Gehäuses wissen, da sich darauf ja die in den Datenblättern der Elektronikbauteile angegebene Operating Temperature bezieht.
D. Fries schrieb: > Ich habe nun den Wärmewiderstand des Materials herausgefunden: 0,27 > W/mK. Diesen muss ich durch die Materialdicke teilen, damit ich auf den > Wärmedurchgangskoeffizient [W/m²K] komme, richtig? > Angenommen die Dicke ist 3mm, dann erhalte ich einen > Wärmedurchgangskoeffizient von 90 W/m²K. > So wie ich das sehe, kann ich diesen also vernachlässigen. Was du gerade ausgerechnet hast, ist die Temperaturdifferenz durch Wärmeleitung. Du hast die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials genutzt. Der größere Anteil ist jedoch die Konvektion. Du mußt also den (thermischen) Konvektionswiderstand benutzen oder bestimmen.
Schreib doch bitte nochmal genau auf was du rechnest. Ich komme mit deinen Werten auf ein delta T von 0.867 K.
Joe G. schrieb: > Was du gerade ausgerechnet hast, ist die Temperaturdifferenz durch > Wärmeleitung. Du hast die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials > genutzt. Der größere Anteil ist jedoch die Konvektion. Du mußt also den > (thermischen) Konvektionswiderstand benutzen oder bestimmen. Aber ich habe doch nun mit den 3W/m²K gerechnet. Bzw. wenn ich die 90W/m²K noch dazu rechne, komme ich auf 2,9W/m²K. Wozu brauche ich denn nun diesen thermischen Konvektionswiderstand? Ich gehe drinnen als auch draußen von stehender Luft aus - das sollte doch dann der Worst Case sein, den ich haben will? Joe G. schrieb: > Schreib doch bitte nochmal genau auf was du rechnest. Ich komme mit > deinen Werten auf ein delta T von 0.867 K. Du hast mit 90 W/m²K gerechnet. Dieser Wert ist aber nur auf das Gehäusematerial bezogen ohne die Luftübergänge! Wärmewiderstand des Gehäusematerials: 0,27 W/(mK) mittlere Gehäusewandstärke: 0,0025 m Wärmedurchgangskoeffizient Gehäuse: 0,27 W/(mK) / 0,0025 m = 108 W/(m²K) Wärmedurchgangskoeffizient Luft - Gehäuse: 6 W/(m²K) Gesamtwärmedurchgangskoeffizient Luft - Gehäuse - Luft: 1 / ( 1 / 6 W/(m²K) + 1 / 6 W/(m²K) + 1 / 108 W/(m²K) ) = 2,92 W/(m²K) Gehäuseoberfläche: 5000 mm² = 0,005 m² mittlere Leistungsaufname: 0,392 W resultierende Temperaturdifferenz: 0,392 W / ( 0,005 m² * 2,92 W/(m²K) ) = 26,8 K
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