meine Frage hat zwar nichts mit Arduino zu tun, aber da sich hier viele kompetente Menschen tummeln, kann mir bestimmt auch jemand eine Antwort auf folgendes geben.
Aktuell betreibe ich Feldversuche mit folgender Platine Nimh Lade PCB soweit funktioniert diese auch, um Nimh Akkus zu laden. Das Problem ist nur, dass die Platine beim laden extrem heiß wird ( genaue Temperaturen kann ich aus Ermangelung von Messequipment leider nicht nennen) aber sie wird so heiß, dass man sie definitiv nicht mehr anfassen kann ohne sich die Finger zu verbrennen. Trotzalledem funktioniert das Teil auch über mehrere Stunden ohne Probleme.
Was mir jetzt aber etwas Kopfzerbrechen bereitet, ist die Tatsache, dass diese Platine später mal unter einer von mir gefertigten PCB installiert werden soll (ca 2 cm Abstand) und hierbei ist mir aufgefallen, dass sich die darüberliegenden Bauteile extrem erwärmen, man kann sie zwar noch anfassen ohne sich zu verbrennen aber für den Dauereinsatz finde ich das ganze eher suboptimal.
Die Lade PCB hat auf der unterseite eine Kühlfläche, also habe ich mir jetzt einfach mal ins blaue einen SSD Kühlkörper gekauft und installiert. Ja und siehe da, die Komponenten auf meiner PCB sind dadurch merklich kühler, zwar immer noch wärmer als ohne Einsatz der Lade PCB aber man merkt das der Kühlkörper durchaus was bewirkt. Der Kühlkörper selbst wird auch extrem heiß.
Jetzt ist es aber so, dass ich durchaus noch mehr Platz für einen größeren Kühlkörper zur Verfügung habe und da kam in mir die Frage auf wie man denn den optimalen Kühlkörper berechnen kann.
Deswegen, kann mir jemand dies so erklären, dass es auch ein nicht studierter Mathematiker/ Ingenieur versteht?
@evil17
Das ist eigentlich gar nicht so eine Hexerei. Du brauchst allerdings einige Angaben, welche du unter anderem im Datenblatt findest. Ist auch noch materialabhängig. Ich würde den einfach möglichst gross machen. ggf. , falls dies eine Option wäre, eine aktive Kühlung, oder heatpipes.
Es ist nichts weiter wie eine Reihenschaltung von Wärmeübergangswiderständen. Am Ende berechnet man den Wärmewiderstand des Kühlkörpers und sucht sich mit dem Wert den passenden aus. Man kann auch nochmal rückwärts rechnen wenn man davon abweichendes findet. Was du aber vorher wissen musst ist die Umgebungstemperatur in deinem Gehäuse. Weil das ist die minimale Temperatur des zukünftigen Kühlkörpers die er erreichen kann.
Wie hoch ist die maximal zulässige Temperatur des Wärme-Erzeugers?
Wie hoch darf die Umgebungstemperatur (in der Box) werden?
Wie hoch sind die Wärmewiderstände (Rth)?
Dann sieht die Rechnung so aus wie bei der Serienschaltung von Widerständen. Da der Wärmewiderstand des Kühlkörpers gesucht wird, lassen wir den einmal offen. Stattdessen betrachten wir die Temperaturdifferenz dT[°] zwischen Erzeuger (2) und Umgebung (3). Mit der zu vernichtenden Leistung P[W] (1) ergibt sich der passende Wärmewiderstand Rth[°/W] aus dT/Rth[°/W]. Davon ziehen wir den Wärmewiderstand zwischen Erzeuger und Kühlkörper (4) ab und erhalten den Widerstand des optimalen Kühlkörpers. Falls der negativ wird, muß noch stärker gekühlt werden (Ventilator,Wasser...).
Soweit alles klar?
Sicher nicht, die meisten benötigten Angaben fehlen noch und müssen aus dem Datenblatt des Erzeugers (Lade- PCB) ermittelt werden. Dort läßt sich nur finden:
Ableitungs-Energie P = 1-5W
Betriebstemperatur -40 bis +85°, vermutlich Außentemperatur in Celsius?
Wenn 60° Umgebungstemperatur akzeptabel erscheint, und die abzuführende Leistung 5W, wird ein Kühlkörper mit höchstens
> Rth = (85*-60°)/5W = 25/5 = 5[°/W]
benötigt. Für andere Temperatur oder Leistung sollte es nun auch einem Nicht-Mathematiker leicht fallen, den Wärmewiderstand des dazu gehörenden Kühlkörpers zu berechnen.
Danke für die Links und das Rechenbeispiel, ich les mich da mal ein. Sehr gut vorgerechnet und erklärt auch wenn es mir noch nicht zu 100% klar ist. Aber ich werd mir mal Datenblätter von Kühlkörpern raussuchen und auf der Basis von dem hier gelernten, dass mal versuchen umzusetzen. Danke
Wenn ein Körper erwärmt wird weil innen eine gewisse Verlustleistung generiert wird so ist die Temperatur die der Körper erreicht abhängig wieviel Leistung über die Oberfläche abgeleitet werden kann.
Kühlkörper werden durch den Wärmewiderstand charakterisiert. Dieser Wert gibt an um wieviel °C (bzw K) sich der Körper gegenüber der Umgebung erwärmt wenn der Körper an dem Kühlkörper geschraubt wird .
Beispiel: Ein Transistor hat einen Wärmewiderstand zwischen Silizium (Wärmeproduktionspunkt) und Gehäuseoberfläche.
zB IRZF44 hat eine Wärmewiderstand
Maximum junction-to-case (drain) ( Silizium zu Gehäuse) von typ 0,5 K/W und
Case-to-sink, flat, greased surface (Gehäuse zum Kühklörper mit Wärmeleitpaste) von 1K/W
Dazu noch ein Kühlkörper von zB 2K/W
Das sind gesamt 0,5+1+2 also 3,5K/W.
Wenn Du dann 10W Verlustleistung im Transistor produzierst dann erwärmt sich der Transistor innen um 10W * 3,5K/W = 35K gegenüber der Umgebungstemperatur.
In Deinem Fall mit dem IC auf der Platine gelötet ist es gleich , nur daß die Bestimmung der Wärmewiderstände schwierig ist.
Du kannst auf diese Kühlfläche auf der Unterseite der Platine einen Kühlkörper montieren. Ich sehe das aber schwierig da die Kühlfläche verzinnt ist und nicht flach ist.
Die Beschreibung der Platine schreibt keine Kühlkörper vor.
Hast Du die richtige Platine für die Anzahl der NiMH-Zellen? Die Platine gibt es in 8 Versionen, für 1 bis 8 Zellen.
Danke dir, dort einen Kühlkörper zu installieren ist in der Tat etwas fummelig, ich habe einfach 2 Löcher in den Kühlkörper gebohrt, ein Wärmeleitpad zwischen PCB und Kühlkörper gelegt und das ganze dann mit 2 Kabelbindern festgemacht. Sieht nicht schön aus, aber da der Kühlkörper heiß wird, scheint es zumindest mal zu funktionieren.
Das die PCB keinen Kühlkörper braucht, mag stimmen und auch ohne Kühlkörper funktioniert das Teil (entgegen meinen Erwartungen) zuverlässig.
Was mich aber gestört hat, war die Erwärmung der Bauteile auf meiner darüberliegenden PCB und hier soll der Kühlkörper Abhilfe schaffen. Und erste Versuche bestätigen mir, dass der Einsatz eines Kühlkörpers durchaus was bringt.
Das mit der Berechnung habe ich jetzt auch soweit verstanden. Das Problem ist nur, möchte man nicht ein Vermögen für einen Kühlkörper ausgeben finde ich keine Kühlkörper mit (sinnvollen) Angaben zur Leistung.
Aber nach etwas Suchen habe ich jetzt einen gefunden, der für 5W LED Lampen gedacht ist von den Abmessungen her ist dieser ca. doppelt so lang und dick wie der den ich jetzt habe.
Ohne da jetzt was zu berechnen, müsste der auf den ersten Blick aber mal das doppelte an Abwärme wegschaffen können. Bestellt ist er mal und wenn er dann da ist gehts weiter getreu dem Motto "Versuch macht Klug"
Und ja ich habe eine Version für 8S und daran entsprechend 8 Akkus, das stimmt soweit schon. Wobei ein wechsel auf andere S-Werte durch wechsel eines Widerstandes ja Problemlos möglich wäre.
Zu jedem Kühlkörper muß der Wärmewiderstand angegeben sein.
Das bedeutet nur, daß die Umgebung wärmer wird. Ein Kühlkörper ist kein schwarzes Loch für Wärme, er gibt sie nur mehr oder weniger effizient an seine Umgebung ab.
Kühlkörper entweder habe ich Tomaten auf den Augen, oder bin einfach zu doof
Leider ja, aber solange wie ich noch mehr wärme von meiner PCB weg bekomme, ist die Mission als Erfolg zu verbuchen. Eine aktive Kühlung wäre eine feine Sache, aber aus Platzgründen nicht umsetzbar. Somit gibts lediglich noch ein paar mehr Lüftungsschlize im Gehäuse und gut ists.
Doof weiß ich nicht, aber offensichtlich unerfahren. Für alle elektronischen Bauteile gilt: Kaufe nur bei Quellen die auch die Datenblätter zu ihren Produkten anbieten.
Eine Suche nach "Kühlkörper 5 K/W" liefert deutlich brauchbarere Ergebnisse.
Unerfahren aufjedenfall.
Meine Suchkriterien waren mehr auf die Größe beschränkt, da ich zwar relativ viel Platz habe, aber eben auch nicht unendlich. Auch ist mir bei meiner Suche aufgefallen, umso professioneller der Anbieter wirkt/ist, umso besser werden die Angaben zum entsprechenden Kühlkörper. Der Preis steigt aber unverhältnismäßig mit.
Und da ich nicht für die Industrie entwickel und das ganze noch halbwegs im finanziellen hobby Rahmen bleiben möchte, sehe ich es nicht ein für ein kleines Stück Alu mehr als unbedingt nötig zu bezahlen und wenn man bedenkt, dass ja schon festgestellt worden ist, dass es den Kühlkörper nicht zwingend braucht, gleich zweimal nicht.
grundsätzlich sehe ich keine Hürde einen Kühlkörper an die Platine vernünftig zu schrauben. Die Platine hat 4 Löcher. Kabelbinder sind großer Mist, die werden spröde, reißen irgendwann und dann liegt alles lose rum. Nimm den Kühlkörper deiner Wahl mit dickerer "Bodenplatte", fräse ihn um die Kühlfläche frei, sodass die Kontaktfläche wie ein Quader paar Millimeter raussteht. Auf die Zinnfläche etwas Wärmeleitpaste (nicht zu viel, muss nur die Luftspalte füllen) oder ein dünnes Wärmeleitpad. 4 Schrauben rein, fertig. Das Gesamtkunstwerk irgendwo im Gehäuse am Kühlkörper befestigen.
Meine bestellten Kühlkörper sind gestern aus Fernost bei mir eingetroffen.
Heute das Gehäuse im Cad abgeändert und dem 3d Drucker übergeben.
Der Einbau wird sich aber noch etwas verzögern, da ich aus dem Kühlkörper ein Stück raussägen muss, aber leider ist meine bastel Kreissäge gerade defekt, Ersatzteil ist bestellt, aber das dauert auch noch paar Tage bis es bei mir ist.
Aber das wird ne feine Sache.
