Wärmemanagement fürs Leuchtendesigns
Maßvolle Temperaturen bei LEDs
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Die genaue Betrachtung
Anhand des errechneten Wärmewiderstandes besteht die Möglichkeit, dass man – z.B. mit auf der Webpräsenz des Herstellers integrierten Suchfunktionen – passende Kühlkörper vorselektiert. Darauf aufbauend ist es erforderlich, dass man weitere Parameter beachtet, um die gefundene Auswahl einzugrenzen bzw. den Kühlkörper perfekt auf die jeweilige Applikation anzupassen. Entscheidungshilfen liefern hierbei die vorgegebenen Einbaubedingungen, der in der Anwendung benötigte Platzbedarf, die eigentlichen Abmessungen des Kühlkörpers, die Formgebung der Wärmesenke (rund oder eckig), die Positionierung und Befestigung der LED auf dem Kühlkörper.
Ein passender LED-Kühlkörper muss stets an die speziellen Gegebenheiten der LED – zum Beispiel in Bezug auf die abzuführende Verlustleistung und die Größe der LED bzw. die Größe der Wärmeeintragsfläche – angepasst werden. Bei der Verwendung von runden LED-Kühlkörpern beispielsweise ist darauf zu achten, dass der Vollkern zur Aufnahme der LED sowie die Außenabmessungen im Durchmesser nicht überdimensioniert werden. Bild 3 ist ein gutes Beispiel dafür, da sich hier der LED-Kühlkörper aufgrund der zu geringen Verlustleistung der LED und des überdimensionierten Materialverhältnisses sowie der damit verbundenen Wärmekapazität des Aluminiummaterials nicht richtig aufheizt, und zwar weder in der Breite noch in der Länge. Kurz gesagt: Der Kühlkörper bleibt kalt, sodass bei der Wärmeabfuhr an die Umgebung mit deutlichen Einbußen zu rechnen ist.
Jobangebote+ passend zum Thema
Bei einer richtigen, an das LED-Datenblatt angepassten Kühlkörperauswahl indes erfolgt eine homogene Wärmeverteilung bzw. Aufheizung des Kühlkörpers (Bild 4).
Neben der Anpassung des Kühlkörperdurchmessers bei runden Varianten liefert die dazugehörige Kühlkörperlänge ein weiteres wichtiges Anpassungskriterium.
Wie die untere Hälfte von Bild 2 als Diagramm verdeutlicht, ist der thermische Widerstand ab einer Kühlkörperlänge von etwa 175 mm annähernd konstant. Dieser Effekt beschreibt eine Art Sättigungsbereich, in welchen der thermische Widerstand eintritt. Das heißt, dass der Kühlkörper aufgrund der Wärmekapazität des Grundmaterials Aluminium und der dazugehörigen Oberfläche nicht noch mehr Wärme aufnehmen kann.
Sollte das Ergebnis der Berechnung des Wärmewiderstandes in dem beschriebenen Sättigungsbereich liegen, dann ist es nicht ratsam, dass man die Kühlkörperlänge zur Steigerung der Wärmeableitung nochmals vergrößert. Aufgrund des annährend konstanten Verlaufs würde dies nämlich zu keiner deutlichen Steigerung mehr führen. Die Kühlkörperoberfläche zu vergrößern wäre ungleich wirksamer: Bei runden Kühlkörpern würde man also einen größeren Durchmesser auswählen und bei rechteckigen Kühlkörpern würde man die Breite bzw. die Rippenhöhe entsprechend anpassen.
Der Temperaturhaushalt von LEDs mittels freier, natürlicher Konvektion, also mit Hilfe von speziellen runden LED-Kühlkörpern, wird aufgrund ihrer Geräuschlosigkeit bevorzugt angewandt. Des Weiteren kann man mit Hilfe einer mechanischen CNC-Nachbearbeitung einzelne LEDs – oder auch komplette LED-Module inklusive Halter und Reflektor – in den Kühlkörper integrieren. Auf diese Weise fungiert das thermische Element, der LED-Kühlkörper, gleichzeitig als Designelement.
Eine sorgfältige Betrachtung der wärmetechnischen Parameter zur optimalen Auslegung von LED-Kühlkörpern sollte zu guter Letzt noch mit einer thermischen Simulation oder durch Prototypen qualifiziert und überprüft werden. Parallel dazu gilt es, die optimale Kontaktierung der LED auf der Wärmesenke durch geeignete Wärmeleitmaterialien zu analysieren. LED-spezifische, auf die Applikation des Anwenders zugeschnittene Kühlkörper sind keine Seltenheit. Vielmehr werden sie verstärkt nachgefragt und auch gefordert.
Der Autor
| Dipl.-Physik Ing. Jürgen Harpain |
|---|
| ist als Entwicklungsleiter bei Fischer Elektronik in Lüdenscheid tätig. |
J.Harpain@fischerelektronik.de
- Maßvolle Temperaturen bei LEDs
- Die genaue Betrachtung
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
Mouser / Wärmemanagement
Den geeigneten Lüfter finden
Kühlemente und komplette Aggregate
IGBTs mögen keine Hot Spots
Fischer Elektronik
Schale für NUC-konforme Platinen
Fischer Elektronik
Optisch ansprechende Alugehäuse
Fischer Elektronik
Kühlende Lamellen
Fischer Elektronik
LED-Steckverbinder mit weißem Isolierkörper
Fischer Elektronik
Gehäuse mit Kühlkörper zum Einschieben
