Dimensionierung eines Kühlkörpers

Manuel schrieb:
> Die LEDs haben je eine Leistung von ca. 1 W und ein RthJS von 13 K/W.

Also werden sie schon mal 13 Grad wärmer als ihre Umgebung, d.h. mehr 
als 70 Grad. Da bleibt für die Kühlung nicht mehr viel übrig - zuerst 
muss man entscheiden, was man den LEDs im Interesse einer langen 
Lebensdauer zumuten kann. Bei 90 Grad, was ich persönlich schon viel 
finde, bleiben ca 15 Grad Wärmewiderstand für den Kühlkörper UND die 
Leiterplatte (!).

Probieren würde ich es mit einem Kühlkörper in der Grösse der 
Leiterplatte, damit man nicht auch noch ein Verteilungsproblem hat, und 
einem Wärmewiderstand möglichst weit unter 1 Grad/W. Wird schwierig.

Manuel schrieb:
> ich fürchte
> allerdings ohne Simulation oder Messungen wird das nichts.

oder - man wird messen müssen, und auf 60 Grad Umgebung extrapolieren, 
ein Klimaschrank wird wohl nicht zur Verfügung stehen.

Georg

Ergänzung: so wie der TO das Problem beschrieben hat wäre eine 
Wasserkühlung zu empfehlen, und zwar so dass die Wärme aus dem Gehäuse 
nach aussen geführt wird.

Georg

Manuel schrieb:
> Ich freue mich über jeden Hinweis

Stell dir vor, dein besagter Raum ist das Innere einer Thermoskanne.

Da wird es beliebig warm drin, wenn du mit 1W heizt.

Du musst den Raum kühlen (Gehause, Alu, Rippen, wie auch immer), bevor 
du dir Gedanken um den Kühlkörper im heissen Raum machst.

Wenn es dir gelingt, den Raum auf 60 GradC max. zu halten, wird die LED 
mindestens 60+13x1 = 73 GradC warm, egal wie gut der Kühlkörper ist. 
Nehmen wir einen 5K/W Kuhlkörper mit 2K/W Übergang dann 80 GradC.

Eher ungesund, wenn auch nicht tödlich. So oder so also ein schlechtes 
Design, aber es werden genug LED-Lampen verkauft, die nicht lange 
halten.

Georg schrieb:
> Also werden sie schon mal 13 Grad wärmer als ihre Umgebung, d.h. mehr
> als 70 Grad. Da bleibt für die Kühlung nicht mehr viel übrig

Sehe ich auch so. Jedes Grad mehr oder weniger wird sich erheblich auf 
die Lebensdauer der LEDs auswirken. Insofern frage nicht wie groß der 
Kühlkörper sein muss, sondern mache ihn so groß, wie möglich.

MaWin schrieb:
> Nehmen wir einen 5K/W Kuhlkörper mit 2K/W Übergang dann 80 GradC.

Vergessen: es sind 40 (in Worten vierzig) LEDs, also 280 Grad. Ach so, 
ist ja Mawin.

Georg

Georg schrieb:
> Vergessen: es sind 40 (in Worten vierzig) LEDs

Super.
Er kann ja mal eine 40W Glühlampe in sein Gehäuse legen und gucken ob es 
dann bei 60 GradC bleibt

> Ach so, ist ja Mawin.

Bloss welcher ?

Ich danke euch allen für die vielen Antworten. Mittlerweile verstehe ich 
die Komplexität von diesem Aufbau. Suboptimal ist es allemal, da gebe 
ich euch recht. Ich habe allerdings den Vorteil, dass ich einen 
bestehenden Aufbau habe und einige Tests durchführen kann. Darum weiss 
ich auch, dass sich in diesem (fast) geschlossenen Raum mit sehr 
geringer Luftzirkulation eine Temperatur von 60 Grad einstellt. Einen 
Klimaschrank und andere nützliche Tools habe ich auch zur Verfügung. Ich 
bin aktuell einiges am ausprobieren.

Trotzdem hätte ich gerne eine rechnerische Grundlage. Für den Aufbau mit 
einer einzigen LED ergibt sich folgende Berechnung:
Delta Tled = P*(RthJS + RthIMS + RthKK + RthRest)
           = 0.5W*(13K/W + 0.001K/W + 1.5K/W + 1K/W)
           = 7.75K

Wenn man die Wärmewiderstände der LED, der IMS Platine, des Kühlkörpers 
und sonstigen Übergängen (grobe Schätzung) zusammenzählt kommt man auf 
ein Delta von ca. 7.75K. Bei einer Umgebungstemperatur von 60°C wird die 
LED also ca. 67.75°C Warm.

Und da hören meine mathematischen Kenntnisse auch schon auf. Kann mir 
jemand die Formel nennen, wenn es nun 20 LEDs mit je 0.5W sind.

Die Werte haben in diesem Beispiel geändert, da ich gewisse Änderungen 
vornehmen werden. Es leuchten nun nur noch maximal 20 LEDs mit je 0.5W 
auf einmal. Alternativ wären es 40 LEDs mit je 0.25W.

Beste Grüsse,
Manuel

Wenn du 20 LEDs einsetzt, brauchst du einen 20x so guten Kühlkörper, 
also mit 1/20 so viel Kelvin pro Watt.

Udo S. schrieb:
> Oben schreibst du die Led hätten 1W.
> In der Rechnung rechnest du mit 0,5W

Passt doch, die andere Hälfte wird in Form von Licht abgestrahlt.

Allerdings habe ich auch Bedenken:
Wenn der Hersteller des Kühlkörpers einen Wärmewiderstand angibt, dann 
gilt das vermutlich nur für freistehende Montage, nicht in geschlossenen 
Gehäusen.

Manuel schrieb:
> Delta Tled = P*(RthJS + RthIMS + RthKK + RthRest)
>            = 0.5W*(13K/W + 0.001K/W + 1.5K/W + 1K/W)
>            = 7.75K


0,001k/W für die IMS?  Das kommt mir sehr wenig vor. Das Alu 
meinetwegen, aber da ist ja noch eine relativ schlecht leitende 
Isolationsschicht dazwischen. Und die leitet die Wärme 100mal schlechter 
als Alu.

Hinzu kommt auch noch das Lötzinn ( 60 W/mK) und die Wärmeleitpaste mit 
ca. 1W/mK. (Watt / (Meter*Kelvin) )
Das sind alles recht schlechte Wärmeleiter.
Für die Berechnung : 100°C Junction-temperatur ist doch nicht zu viel. 
125°C ist max.

Ozvald K. schrieb:
> Wenn Du
> jetzt noch zusätzlich 40 Watt erzeugst, dann bleibt es sicher nicht bei
> 60 Grad im geschlossenen Raum.

Und das ist von der Grösse des Kühlkörpers ganz unabhängig, für die 
erreichte Temperatur im Gehäuse ist nur die Verlustleistung massgebend.

Georg