Frage zu Wärmewiderstand

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moregain
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Frage zu Wärmewiderstand

Beitrag von moregain »

Hallo,

bevor ich lange herumsuchen muss-könnte mir jemand folgende Frage beantworten:
Wenn ich einen Strang-Kühlkörper halbiere-verdoppelt sich dann der Wärmewiderstandswert oder ist das zu naiv gedacht (mein Instinkt sagt mir das das richtig sein könnte weil sich ja die Oberfläche auch halbiert :? )?

In meinem Fall wäre das ein ca. 20cm langer Kühlkörper mit einem Wert von 0,9 K/W,also müssten nach meiner "Theorie" bei 10cm eigentlich 1,8 K/W herauskommen-oder?

Danke im Voraus,

Udo.

Edit:Bin im falschen Forum gelandet-könnte einer der Herren Admin die Frage in´s Zeichenbrett umziehen oder sie mir beantworten?
Vergelt´s Gott.
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hardtrail
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Beitrag von hardtrail »

Hallo Udo,

der Wärmewiderstand ist eine materialabhängige Größe. Sie hängt nicht mit den geometrischen Maßen eines Körpers zusammen. Worauf willst du genau hinaus? Es geht in Richtung Wärmeleitfähigkeit, oder?

moregain
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Beitrag von moregain »

hardtrail hat geschrieben:Hallo Udo,

der Wärmewiderstand ist eine materialabhängige Größe. Sie hängt nicht mit den geometrischen Maßen eines Körpers zusammen. Worauf willst du genau hinaus? Es geht in Richtung Wärmeleitfähigkeit, oder?
Hi,
vielen Dank für´s Antworten.
Konkret geht´s um einen Strangkühlkörper,den ich schon des Öfteren verbaut habe.Er ist wahnsinnig praktisch weil er auf 3 Seiten M3-Muttern aufnehmen kann.Den habe ich auch schon halbiert und hatte nie Probleme damit.Er trägt direkt die bis zu 5 Regs von JLM PSUs.Die habe ich allerdings noch nie "auf Kante" gefahren.Daher wollte ich zumindest mal grob wissen mit welchen Werten ich zu rechnen habe wenn ich ihn kürze(z.B. um ihn in ein Gehäuse einzupassen).
Hier ein Link zu dem Teil:

http://www.elv.de/output/controller.asp ... ch=&marke=

In den "Technischen Daten" ist er genauer spezifiziert.

Besten Dank noch mal,

Udo.

Ooh-und vielen Dank an die Admins für´s "Umziehen"!
Vive la resistance!

hardtrail
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Beitrag von hardtrail »

Ich glaube, das Ganze würde ich so angehen:
Du berechnest für den Worst-Case die Verlustleistung, die du abführen musst. Die Angaben erhälst du ja aus den Datenblättern der beteiligten Halbleitern.
Nun sind für die abzuführende Leistung im wesentlichen relevant:
Wärmestrahlung:
nehmen wir einen idealen Strahler mit dem Emissionsgrad 1 an. Dein Kühlkörper ist doch schwarz, oder?
Es gilt in deinem Falle näherungsweise:
die abgeführte Leistung beträgt 5,7*10^-8 * Oberfläche in [m²] * Temperatur des Kühlkörpers in [K] "Stefan Boltzmann Gesetz" Die 5,7... ist die Boltzmann Konstante.
Dann kommt der vermutlich größere Anteil der Konvektion hinzu:
Hier ist der Wärmeübergang relevant, ich zitiere aus Kuchling: Taschenbuch d. Physik 19. Auflage: "Flüssige oder gasförmige Körper, die mit einem festen Körper anderer Temperatur in Berührung kommen, geben Wärme an ihn ab oder übernehmen sie von ihm. Diese Übertragung nennt man Wärmeübergang." (...) Es gilt die Formel
Wärmeleistung = alpha * Fläche [m²] * Temperaturdifferenz
Alpha ist der Wärmeübergangskoeffizient. er hängt nicht vom Material deines Kühlkörpers ab, sondern nur von dessen Oberfläche. Eine tabelle entnehme ich folgende mögliche Werte:
"Luft senkrecht zur Metallwand, ruhend: 3,5...35;
...mäßig bewegt 23...70"
Wenn das ganze passiv belüftet ist, dann kannst du mal versuchen irgendwas zwischen 5 und 15 einzusetzen.
Es gibt auch noch einen Wert für bewegte Luft, aber die Geschwindigkeit ist dir wohl nicht bekannt, oder?


Wie du siehst, fließt in beiden Formeln die Fläche linear ein, d.h. wenn du sie halbierst, halbiert sich die abgeführte leistung, sowohl für die Strahlung als auch für den Wärmeübergang.

Ich hoffe, hier keinen groben Unfug begangen zu haben, falls du mit den Formeln ein bisschen rumrechnest würden mich deine Werte interessieren, und ob das ganze plausibel ist. Spannend wird es dann für dich, die Oberfläche des Kühlkörpers zu berechnen.

Der Wärmewiderstand gibt übrigens nur an, wie es sich INNERHALB deines Kühlkörpers verhält, also im Endeffekt, wie gut er die Wärme von der Oberfläche, wo dein Halbleiter montiert ist, bis zur anderen Seite transportiert. Wärmeleitung an den Kontaktflächen ist dabei natürlich unberücksichtigt.
Ich hoffe, dir einigermaßen geholfen zu haben!
lg stefan

moregain
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Beitrag von moregain »

Wow Stefan!

Vielen Dank für die wirklich tolle und lehrreiche Ausführung!!!

Allerdings brauche ich hier wahrscheinlich nicht all zu tief in die Theorie einsteigen,denn Dein Satz das die Fläche linear in die Formeln einfließt bestätigt weitestgehend meine Vermutung-da lag ich mit meiner Intuition ja gar nicht so falsch.
Letzten Endes will ich ein Netzteil bauen,nur das bei dem geplanten Projekt halt deutlich mehr Ströme als in meinen bisherigen Geräten fließen werden.
Ich benutze für so etwas immer Joe Malone´s PSU-und Heatsink-Calculator,der eine enorme Hilfe ist,denn er wirft neben den erforderlichen VA zur Transformator-Dimensionierung eben auch einen Heatsink-C/W-Wert aus,an dem der/die Kühlkörper sich orientieren oder besser unterschreiten sollte(n).
Das Wichtigste an der Schaltung für mich ist natürlich der Punkt ab dem die Regs (LM337 und LM317) übertemperiert werden und abschalten.Das findet bei ungefähr 125 Grad Celsius statt.
Aber davon scheine ich dann ja weit entfernt zu sein;der Körper ist mit 0,9C/W spezifiziert und mein Worst-Case-Wert lag bei ca. 15C/W insgesamt unter mächtig hoch angenommenen Strömen-also jede Menge Headroom inklusive :wink:
Und da die thermische Verlustleistung ja nicht nur an den ICs sondern auch an anderen Stellen zu erwarten ist brauche ich keine mathematisch exakten Werte sondern lediglich Näherungen;zumal ich mittlerweile auch Temperaturen relativ genau an den Bauteilen bzw. Baugruppen messen kann.
Ich bin ein großer Fan von viel Headroom,und Deine Ausführungen lassen in mir ein recht sicheres Gefühl aufkommen was die thermische Entwicklung innerhalb meines Netzteiles im Gehäuse angeht (das Gehäuse hat selbstverständlich auch großzügige Belüftungsschlitze).

Conclusio:Ich fühl´mich besser und Deine Informationen waren wirklich großartig;es wäre schon mal interessant auch in dieser Materie herumzuforschen.

Allerbesten Dank noch mal,

Udo.
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mch
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Beitrag von mch »

Mahlzeit,
ich würde gerne noch mal auf die Frage im Ursprungsposting zurückkommen (und dabei Kuchling und Bronstein im Schrank lassen ;-)

Bei der Betrachtung des Wärmewiderstandes sollte man alle Komponenten berücksichtigen, also

R (Die-Gehäuse)
+R (Gehäuse-KK)
+R (KK)
-----------
R (gesamt)

Ersterer wird im DB des Reglers angegeben (grade beim 317 im TO220 mit 4K/W nachgeschlagen), den Übergang sollte man mit mindestens 0,5-1K/W veranschlagen, und für den Kühlkörper sagts einem der Katalog.

Wenn man jetzt den Kühlkörper halbiert, halbiert sich also nicht die im Regler versägbare Leistung, sondern sie wird duch die konstanten ersten beiden Terme u. U. deutlich kleiner!

Grüße, Michael

moregain
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Beitrag von moregain »

mch hat geschrieben: die im Regler versägbare Leistung
Geiler Ausdruck :lol:

Danke trotzdem!

Udo :wink:
Vive la resistance!

hardtrail
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Beitrag von hardtrail »

Bei der Betrachtung des Wärmewiderstandes sollte man alle Komponenten berücksichtigen
Genau. Und zur Deutung: Der Wärmewiderstand gibt die Temperaturdifferenz an, die sich bei einem konstanten Wärmestrom ergeben würde.

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