ALU Blech als Kühlkörper berechnen

Kühlkörper 4mm dick, berechnet mit 8mm, Blech ist wie dick ?

Hinweise gibt es in https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm

Für quadratisches 2mm starkes Alublech bei senkrechter Montage, freier Luftzirkulation und mittiger Montage der Wärmequelle gilt in etwa:

1

Grösse   Wärmewiderstand (K/W)

2

mm x mm  silber/schwarz eloxiert

3

25 x 25    100     70

4

30 x 30     60     42 

5

40 x 40     40     28

6

55 x 55     20     14

7

80 x 80     10      7

8

100x100     7     4.9

9

120x120    5.5    3.9

10

150x150     4     2.8

11

200x200     3     2.1

Für TO3 eignet sich Alublech nicht so gut weil das nicht so plan ist. Strangprofile sind besser. Plangefräste Platten wären wohl zu teuer.

Wie dem Blatt zu entnehmen ALU Blech 160mmx200mmx8mmÜbrigens ich will nicht das Blech für den KK nehmen. Ich möchte wissen, wie groß der RTH vom BLECH ist.

oder den nehmen: https://de.farnell.com/wakefield-solutions/423-k/k-hlk-rper-0-95-c-w/dp/3354155

Na ja, alles gut - aber wo ist der Fehler in der Rechnung?

Peter S. schrieb:

wo ist der Fehler in der Rechnung?

Na der TO3 liegt ja wohl kaum auf den ganzen 32000mm² auf!!!!

Die Formel ist für deinen Fall völlig sinnlos!

Peter S. schrieb:

Ich möchte wissen, wie groß der RTH vom BLECH ist.

Da gibts keinen festen Wert. Er ist bedingt durch verschiede Umstände recht unterschiedlich.

Peter S. schrieb:

Hi Leute, folgendes

Ich habe einen Kühlkörper von F. SK44-200. Da kann ich schlecht TO3 montieren. Desweiteren habe ich ein Stück ALU, das ich nehmen könnte, aber ich habe den Wärmewiderstand nicht.

Hää? Was willst du denn WIRKLICH? Die Berechung des Wärmewiderstand ist nicht ganz trivial, wenn es halbwegs was gescheites ergeben soll, muss man wirklich wissen was man tut und eine passendes FEM Programm benutzen.

Denn zum Einen muss man die Wärmeverteilung im Kühlkörper von Punkt der Wärmequelle betrachen und dann die Wärmeabgabe durch Strahlung (eher wenig) und Übertragung an die (stille) Luft.

Kein Problem - sollte man ja berechnen können. ... Rechnen kann ich, aber das Ergebniss stimmt so nicht - Wo habe ich den (Denk)Fehler?? Vieleicht kann da jemand helfen!?

Im Anhang seht ihr den Rechenweg und als Vergleich die Daten des Kühlkörpers.

Du rechnest Blech ;-)

Formeln und Werte sind aus Wiki und decken sich mit dem schönen Fachbuch "Tabellenbuch der Elektrotechnik" - nur das Ergebnis der Rechnung nicht Dank im vorraus

Wie sollte es auch? Das ist die grundlegende Definition des Wärmewiderstands unter idealen Bedingungen. D.h die Wärmequelle hat den gleichen Querschnitt wie dein Kühlkörper und erwärmt diesen gleichmäßig. Die Wärmeabgabe an der anderen Seite tut das gleiche. Das ist aber bei einem realen Kühlkörper praktisch nie der Fall, schon gar nicht bei Luftkühlung.

Das einfachste ist, man vertraut den Herstellerangaben, besser kriegt das ein Amateur nicht gemessen oder berechnet.

Peter S. schrieb:

Wie dem Blatt zu entnehmen ALU Blech 160mmx200mmx8mmÜbrigens ich will nicht das Blech für den KK nehmen. Ich möchte wissen, wie groß der RTH vom BLECH ist.

Ca. 2K/W. Wie auch dem Diagramm für den Kühlkörper SK44 zu entnehmen ist, macht es keinen großen Unterschied ob das Blech 160x200 oder 160x160 mm² groß ist. Da die Wärmeeinleitung mittig erfolgt, kühlt das Blech in Richung der Kanten ab (weniger bei 8mm statt 4mm Dicke, aber dennoch). Die Energieabstrahlung eines Flächenstrahlers ist proportional der dritten(!) Potenz der Temperatur. Deswegen trägt die Fläche nahe den Kanten nur noch wenig bei.

https://de.wikipedia.org/wiki/Stefan-Boltzmann-Gesetz

Peter S. schrieb:

wo ist der Fehler in der Rechnung?

Einheiten richtig gewählt?

Axel S. schrieb:

Die Energieabstrahlung eines Flächenstrahlers ist proportional der dritten(!) Potenz der Temperatur.

Stefan-Boltzmann ist hier im konkreten Fall leider fehl am Platz, da diese Gesetzmäßigkeit erst bei sehr hohen Temperaturen den Vorgang korrekt wiedergibt.

Falk B. schrieb:

Die Berechung des Wärmewiderstand ist nicht ganz trivial, wenn es halbwegs was gescheites ergeben soll, muss man wirklich wissen was man tut und eine passendes FEM Programm benutzen.

Entschuldigung an den TO, dass ich mich hier eben rein hänge. Btw.: Auf meinem Telefon habe ich Elektrodroid. Da sind jede Menge Rechner drin.

Mein lieber Falk, ich weiß, dass du wirklich fit bist. Gibt es ein Buch oder hier im Netz etwas, wo man diese ganze Sache mit der Wärme in nicht allzu wissenschaftlicher Abhandlung lesen kann? Du weißt ja ich habe nur die "mittleren Reifen" auf dem Manta. Das ganze Thema ist eine komplette Lücke bei mir.

Danke!

H. H. schrieb:

Zur Wärmestrahlung:

Danke! Das war ein tolles Video. Zumal mich die Quantenphysik fasziniert, auch wenn ich das nur sehr schwer nachvollziehen kann.

Mir geht es eher um die Formeln. Wie gesagt, ich habe das auf dem Telefon, aber weder weiß ich was ich wo eingeben soll noch wie ich das für meine Schaltungen interpretieren soll. Wenn ich etwas baue, versuche ich das immer möglichst groß auszulegen und dann messe ich einfach die Temperatur. Geht auch, ist aber blöd.

Trotzdem, ich will den Thread nicht weiter kapern.

Vielen Dank! Ich muss jetzt arbeiten.

Frank O. schrieb:

Mir geht es eher um die Formeln. Wie gesagt, ich habe das auf dem Telefon, aber weder weiß ich was ich wo eingeben soll noch wie ich das für meine Schaltungen interpretieren soll.

Für die meisten Sachen reichen die Standardsformeln, siehe Kühlkörper. Den Wämewiderstand eines spezifischen Kühlkörpers sagt dir das Datenblatt.

Andrew T. schrieb:

Stefan-Boltzmann ist hier im konkreten Fall leider fehl am Platz, da diese Gesetzmäßigkeit erst bei sehr hohen Temperaturen den Vorgang korrekt wiedergibt.

Irrtum. Das bringt auch schon bei ziemlich niedrigen Temperaturen und ebenso niedrigen Temperaturdifferenzen einiges. Das wird oft unterschätzt.

Beitrag "Re: Schlaumeiers Kühlkörper beim Raspi im Plastik Gehäuse" Beitrag "Re: Schlaumeiers Kühlkörper beim Raspi im Plastik Gehäuse"

Peter S. schrieb:

Hi Leute, folgendes

Ich habe einen Kühlkörper von F. SK44-200. Da kann ich schlecht TO3 montieren. Desweiteren habe ich ein Stück ALU, das ich nehmen könnte, aber ich habe den Wärmewiderstand nicht. Kein Problem - sollte man ja berechnen können. ... Rechnen kann ich, aber das Ergebniss stimmt so nicht - Wo habe ich den (Denk)Fehler?? Vieleicht kann da jemand helfen!?

Im Anhang seht ihr den Rechenweg und als Vergleich die Daten des Kühlkörpers.

Formeln und Werte sind aus Wiki und decken sich mit dem schönen Fachbuch "Tabellenbuch der Elektrotechnik" - nur das Ergebnis der Rechnung nicht Dank im vorraus

Hallo,

du fragst nach deinem Denkfehler und da ist mir direkt aufgefallen, dein Rth wird größer je dicker t steht im Zähler und das du nur die Leitfeähigkeit von Alu in deiner Formel stehen hast. Das sagt mir, das ist die falsche Formel, es ist die Wärmeleitfähigkeit von Alu von der einen Seite AQ1 zu der anderen Seite A2 über die Länge t die du berechnest.

Du musst nach Wärmeübergangskoeffizient suchen weil der Wärmeübergangskoeffizient von Alu zu Luft fehlt

Fausformel:

Rth = 1/(h x A)

mit h=5 .. 25 W / m2 K

FEM benötigt man bei sehr großen Blechen wenn die Temperaturverteilung signifikant ist zur Überhöhung zur Umgebungsluft

bei einem Blech 20 x 20 cm und 4mm dich wo du ~3K/W hast bei 30 Watt 10K über Umgebungsluft, spielt es wahrscheinlich keine große Rolle wenn die Temperaturverteilung variiert und du in der Mitte an der Wärmequelle bei 55°C liegst und am Rand nur bei 25°C. Aber mit FEM wird man zu dem Ergebnis kommen, das ein kleineres dafür aber dickeres Blech bessere Ergebnisse liefert, mit gleichem Materialeinsatz. Solange du das Ganze nicht bis an seine Grenzen ausreizen möchtest.

Sinnvolle Lösungen: Alu Winkel zur Montage des TO-3 Plane Fläche in die Kühlrippen fräsen (lassen)

Falk B. schrieb:

siehe Kühlkörper.

Danke Falk! Ein bisschen muss ich jetzt über mich selbst lachen. Ich habe schon öfter (zugegebenermaßen immer etwas halbherzig) danach geschaut, aber noch nie hier im Forum.

Die letzte Gewißheit bei unkonventionellen Kühlkonstruktionen bringt das Experiment - ohne sich in FEM einarbeiten zu müssen oder Denk- und Rechenfehler zu begehen.

Einen Leistungswiderstand und einen Thermosensor an die Stelle des Transistors montieren und mit definierter Leistung quälen. Die gemessene Temperatur gibt Aufschluß über die Kühlwirkung des Gebildes.

Peter S. schrieb:

Wo habe ich den (Denk)Fehler?? Vieleicht kann da jemand helfen!?

Bei einem Kühlkörper hat man im einfachsten Fall eine Reihenschaltung von Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung. Die simple Gleichung deines Wärmewiderstandes bezieht sich auf reine Wärmeleitung. Die Diagramme von Kühlkörpern sind experimentelle Daten, welchen die Konvektion und die Strahlung mit einbeziehen und somit ein nichtlineares Modell entsteht. Reine Wärmeleitung (lineare Wärmewiderstände) an einem Quader oder Blech führt nicht zum Erfolg.

Hi, vielen Dank für die interessanten Rückmeldungen. Ich habe mich weiter mit dem Thema befasst und auch hier ältere Beiträge nochmal "durchforstet"

Als Ergebnis scheint es Joe G. am besten getroffen zu haben.

Joe G. schrieb:

Bei einem Kühlkörper hat man im einfachsten Fall eine Reihenschaltung von Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung. Die simple Gleichung deines Wärmewiderstandes bezieht sich auf reine Wärmeleitung. Die Diagramme von Kühlkörpern sind experimentelle Daten, welchen die Konvektion und die Strahlung mit einbeziehen und somit ein nichtlineares Modell entsteht. Reine Wärmeleitung (lineare Wärmewiderstände) an einem Quader oder Blech führt nicht zum Erfolg.

Es sind viel mehr Faktoren die Einfluß nehmen, als in einer einfachen Formel erfasst werden.

Selbst eine Überschlagsrechnung - was mein Zeil war - ist nicht möglich, oder nur für sehr begrenze Anwendungsfälle.

#- die Größe des Bleches - über 100mm Kantenlänge hinaus wird es ungenauer #- die Stärke: 2mm passt offt sehr gut ab 4mm gehts nicht mehr #- Temperatur - RTH verändert sich mit der Temperatur. Ob 50° oder 120° mach einen Unterschied #- die Wärmeleitfähigkeit von ALU: Werte von 75-237 sollen möglich sein. Aus Erfahrung weiß ich, das Strngguß, Druckguß und Walzblech unterschiedlich sind, aber so weit auseinander? #-steht das Blech senkrecht / waagerecht #- gleiche Kantenlänge, Quadrat, oder unterschiedlich, Rechteck: welche Messen. Seite steht zu Konvektiosrichtung? kurze oder lang? #- Hersteller von Kühlkörpern ermitteln offensichtlich den RTH ihrer Kühlkörper auch durch Messen #- noch ein wesentlicher Punkt: Oberflächenbeschaffenheit der Kontaktübergänge: je größer die Fläche je besser. Nur plan muß nicht immer gut sein #- mehrere Wärmequellen oder eine zentral auf einem Blech. und noch mehr .....

Man findet ein paar Tools im Web, aber mit zuwenig Hintergrund, als dass man die Ergebnisse verifizieren kann.

In einem alten Thread habe ich eine Formel gefunden, die in etwa ein kleines Blech mit Stärke <5mm beschreibt (s. Anhang) aber auch nicht das ganze Feld aller Parameter annähernd erfasst.

meine Links zu dem Thema: #- Tools: https://www.electronicdeveloper.de/EMechanikKuehlBlech.aspx https://pingtools.preis-ing.de/rechner/waermewiderstand.html #- Wikipedia: https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmewiderstand

FEM ist super, habe ich aber nicht. Kennt jemand FREEWARE dazu?

Was macht der schlauere Mensch nun? "Löcher bohren und nachmessen" THX to all

Peter S. schrieb:

Was macht der schlauere Mensch nun? "Löcher bohren und nachmessen"

Passenden Kühlkörper kaufen, der ein Datenblatt hat.

Als Zusatz zum Thema: https://www.alutronic.de/de/service/technische-grundlagen/

Das Ganze ist leider etas aufwendiger wie ein paar Zahlen aus einem Datenblatt einsetzen. Implizit ist zB Bei Kuehkoerpern, senkrechte Montage der Rippen, unten und oben je ein Fuss frei, sodass sich eine Konvektionsstroemung aufbauen kann. Das Ganze wird sinnlos, wenn jemand eine Strickjacke auf das Geraet legt. Schliesslich muss die Waerme ja weg. Ein Kuehlkoerper in einem Gehaeuse .. vielleicht, aber wie kriegt man die Waerme raus... usw. Ich wuerd auch einen TO220 Heizwiderstand zusammen mit einem Sensor montieren und schauen wie sich alles unter den verschiedenen Szenarien verhaelt.

Der schnelle Vergleich ginge mit einer Lötstation oder Lötkoben und einem Stromverbrauchsmessgerät in der Steckdose. Lötkolben einfach gegen das Blech drücken, wo der Halbleiter sitzen würde und schauen, bei welchem Blech mehr Energie/Leistung gebraucht wird den Kolben heiß zu halten.