Schukat: Kühllösung darf das Erscheinungsbild der Konstruktion nicht beeinträchtigen
Keine LED-Beleuchtung ohne spezielles Wärmemanagement
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Passiver und leichter LED-Cooler
Dass das thermische Management eine »eigene Wissenschaft ist, zeigen die Aktivitäten von Sunon, einem Mitglied des renommierten Zhaga-Konsortiums«, sagt Schukat. Seit über 15 Jahren betreibt der taiwanische Anbieter von aktiven und passiven Kühllösungen eine eigene Cooling Division für Forschung&Entwicklung.
Mit einem Spezialkühlkörper für LED-Module (Spot- und Downlights) mit 35 W (3000 lm) Leistung und Tc = 70 °C in einem nicht-optimierten Leuchtengehäuse bei Ta = 25 °C setze Sunon nun »im Rennen um die passive Entwärmung von High-Power-LEDs einen neuen Maßstab«. Der sehr kompakte Aufbau, bestehend aus Al/Cu-Basisblock, zwei Cu-Heat-Pipes (Durchmesser: 6 mm) und einem Aluminium-Kühlfahnengerippe, führt zu einer Halbierung der Masse, zugleich ist der mechanische Freiheitsgrad deutlich höher als beim Vorgangsmodell.
Eine plane Kupferplatte bildet die thermische Schnittstelle zwischen LED-Modul und Verdampfungszone von zwei U-förmig ausgeführten Heatpipes. Ihre Befestigung erfolgt über einen eigens für die Aufnahme des LED-Moduls konstruierten Träger. Die Heatpipes sind mit Kühlfahnen verbunden, die im Bereich der Kondensationszone der Heatpipe angeordnet sind. Die Abwärme der LED setzt den Phasenwechsel des Transportmediums vom flüssigen in den gasförmigen Zustand in Gang. Der Dampf breitet sich im inneren Kanal des Wärmerohrs aus. Dort, wo das Wärmerohr mit Kühlfahnen bestückt ist, kühlt der Dampf ab, kondensiert und strömt durch die Kapillarität im äußeren Kanal des Wärmerohrs zurück zur Verdampfungszone. So entsteht ein Kreislauf. Die weitere Ableitung der Verlustleistung an den Kühlfahnen erfolgt über Radiation und freie Konvektion. Im Versuch wurde eine maximale Gehäusetemperatur von 64,7 °C für Tc ermittelt. Somit lässt sich über ein Kühlmodul mit nur 186 g Masse und einer Höhe von nur 110 mm die thermische Last einer 35-W-LED abführen. Erhältlich ist dieses passive Kühlmodul mit mechanischer Schnittstelle für LED-Module wie Zhaga und Philips SLM.
Welches Kühlmodul nun das passende sei, hänge von der LED-Anwendung ab: »In allen Fällen sind zur Umsetzung spezielle Designs notwendig, die sehr hohe thermische Lasten ohne wahrnehmbare Geräuschpegel auf sehr engem Raum abführen«, versichert Schukat. Darum spiele Erfahrung im Zusammenspiel der Komponenten und ihrer Eigenschaften eine besondere Rolle. Spezielle Software bietet den Designern wertvolle Hilfestellung. Aber das allein genügt nicht: Weil sich der Auswahlprozess des richtigen LED-Kühlers »nicht immer allein auf mathematische Berechnungen begrenzen lässt, nimmt die Zusammenarbeit zwischen Leuchtenhersteller, lokalem Distributor als Ansprechpartner vor Ort und dem Produzenten von Kühlkörpern und -lösungen einen besonderen Stellenwert ein.« Ein Projekt laufe wie folgt ab: Zunächst werden die individuellen Eckdaten geklärt, dann liefert der Distributor erste Testmuster und koordiniert Änderungswünsche, bis der Hersteller diese in die Produktion übernimmt, und die Ware ab Lager verfügbar ist.
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