Kühlkörpergröße

[Frank W. (frank_w)]

Hallo,
ich habe mehrere Wärmewiderstände von Halbleitern berechnet.
Halbleiter ist mittig befestigt und Kühlblech ist senkrecht. Es werden 
Alu Bleche von 2mm dicke verwendet.
0,5 K/W
2,46 /W
0,69 /W
0,78 /W
1,53K/W

Die Breite von 20cm ist vorgegeben.
Ein Alu Blech  bei Umgebungstemperatur 40°C kann:
Seitenlänge (mm)    Wärmewiderstand (K/W)
200                              3 nur ableiten

.
Wie komme ich auf meine geforderten Werte nur mit Alu Blech 2mm?

Gruß Frank

[Klaus R. (klara)]

Mit einem Lüfter?
mfg klaus

[Frank W. (frank_w)]

erst mal Größe Bleche bestimmen.

Lüfter bräuchte ich mehere.

Gruß Frank

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Frank Wa schrieb:
> ich habe mehrere Wärmewiderstände von Halbleitern berechnet.
> Halbleiter ist mittig befestigt und Kühlblech ist senkrecht. Es werden
> Alu Bleche von 2mm dicke verwendet.
> 0,5 K/W
> 2,46 /W
> 0,69 /W
> 0,78 /W
> 1,53K/W

Das verstehe ich schon nicht. Sollen das geforderte thermische 
Widerstände von Kühlkörpern sein?

> Die Breite von 20cm ist vorgegeben.
> Ein Alu Blech  bei Umgebungstemperatur 40°C kann:
> Seitenlänge (mm)    Wärmewiderstand (K/W)
> 200                              3 nur ableiten

Das könnte ungefähr hinkommen für ein quadratisches Blech 200x200x2mm³, 
Alu blank, senkrecht, Wärmequelle in der Mitte.

> Wie komme ich auf meine geforderten Werte nur mit Alu Blech 2mm?

Gar nicht.

Selbst wenn du das Blech beliebig vergrößern könntest, würde der Wärme- 
widerstand nur auf einen Endwert zustreben und nicht gegen 0. Weil die 
Wärmeleitfähigkeit nicht reicht. Du bräuchtest entweder dickeres Blech 
oder ein besser wärmeleitendes Material.

Um auf begrenztem Bauraum möglichst wenig thermischen Widerstand 
hinzubekommen, gibt es paar Möglichkeiten:

1. Oberfläche bearbeiten: kugelstrahlen, schwarz lackieren oder 
eloxieren
2. wirksame Oberfläche vergrößern. Z.B. durch Verwendung von Profilen; 
Bleche können abgekantet oder zu Fingerkühlkörpern (siehe Google 
Bildersuche) geformt werden.
3. notfalls mehrere Bleche stapeln
4. natürliche Belüftung nutzen (Kamineffekt)
5. Zwangsbelüftung (Lüfter)

Variante 3 habe ich früher<tm> mal verwendet, als ich keine richtigen 
Kühlkörper kriegen konnte. Einfach mehrere Alu-Bleche zu U-Form gebogen 
(in verschiedener Breite) und übereinander gestapelt. Auch einen 
Fingerkühlkörper habe ich mal gebaut (am Rand mit der Säge geschlitzt 
und dann abgekantet). Auch Fingerkühlkörper kann man stapeln 
(verschiedene Größe) oder Rücken-an-Rücken verwenden.

Aber 0.5K/W sind schwierig. Selbst mit guten Kühlprofilen wird das groß.

[Frank W. (frank_w)]

Axel Schwenke schrieb:
> Das verstehe ich schon nicht. Sollen das geforderte thermische
> Widerstände von Kühlkörpern sein?

Das sind die geforderten Werte für die Kühlkörper.

Gruß Frank

[Frank W. (frank_w)]

Axel Schwenke schrieb:
> 3. notfalls mehrere Bleche stapeln

Wie mache ich das?

Gruß Frank

[Harald W. (wilhelms)]

Frank Wa schrieb:

>> 3. notfalls mehrere Bleche stapeln
>
> Wie mache ich das?

Erstes Blech auf den Tisch legen. Dann ein zweites drauflegen.
usw. usw.

[Marian (phiarc)]

0.5 K/W wird passiv schwer, geht aber. Aktiv (mit Lüfter) gekühlt ist 
das recht kompakt (man denke an einen etwas älteren, kleineren 
CPU-Kühler).

Bedenke den zusätzlichen Wärmewiderstand des Gehäuse-Kühlkörper 
Übergangs.

[Frank W. (frank_w)]

Marian B. schrieb:
> Aktiv (mit Lüfter) gekühlt ist
> das recht kompakt (man denke an einen etwas älteren, kleineren
> CPU-Kühler).

Wie kann ich den Wärmewiderstand von CPU Kühlern ermitteln?

Gruß Frank

[M. K. (sylaina)]

Frank Wa schrieb:
> Wie kann ich den Wärmewiderstand von CPU Kühlern ermitteln?

Zum Beispiel indem du auf den CPU-KK an gewünschter Stelle einen 
Transistor monierst, an diesem eine bekannte Leistung verheizt und misst 
wie heiß der KK wird und wie war dabei die Umgebung ist ;)

[Pandur S. (jetztnicht)]

Die Umgebungstemperatur ist nicht so wichtig, Wichtig ist das DeltaT, 
sowie die Oberflaechentemperatur (fuer den Halbleiter, nicht fuer den 
Kuehlkoerper)

Welche Leistung soll den abgefuehrt werden ?

[Frank W. (frank_w)]

Jetzt Nicht schrieb:
> Welche Leistung soll den abgefuehrt werden ?

70-88W Gehäusetemperatur ist dann schon 105°C.

Gruß Frank

[Udo S. (urschmitt)]

Frank Wa schrieb:
> 70-88W Gehäusetemperatur ist dann schon 105°C.

Nett, dann lies dich mal ein:
http://www.mb-electronic.de/sites/default/files/files/de/kuehlung/pdf/kuehlkoerper_technologieuebersicht_coolingday_2011.pdf

[Pandur S. (jetztnicht)]

Bei ueber 50 Watt muss man zwangskuehlen. Schau dir einen PC 
Kuehlkoerper an, die muessen 100W koennen.

[Frank W. (frank_w)]

Danke.

Nun komme ich weiter.

Gruß Frank

[Gerald B. (gerald_b)]

Eventuell bessert sich deine Lage schon, wenn du einen Transistor mit 
geringerem inneren thermischen Widerstand nimmst, oder du die 
Verlustleistung auf mehrere Transistoren aufteilen kannst.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Jetzt Nicht schrieb:
> Bei ueber 50 Watt muss man zwangskuehlen. Schau dir einen PC
> Kuehlkoerper an, die muessen 100W koennen.

Allerdings sind die nicht aus 2mm Aluminiumblech gebaut, was im 
Ursprungspost noch gefordert war:

Frank Wa schrieb:
> Wie komme ich auf meine geforderten Werte nur mit Alu Blech 2mm?

Tatsächlich kommen CPU-Kühler der 100W Klasse typischerweise schon mit 
Kupfer-Bodenplatte, weil bei Alu die Wärmeleitfähigkeit nicht mehr 
reicht, um die Wärme "schnell genug" zu den Finnen (vulgo: Kühlrippen) 
zu leiten.

("schnell genug" meint in Wahrheit: mit dem erforderlichen geringen 
Temperaturgefälle)

Andererseits kann man auch CPU der 100W Klasse noch passiv kühlen. 
Allerdings auch nicht unter ausschließlicher Verwendung von 2mm 
Alu-Blech. Man braucht dafür entweder viele Kühlrippen in freier Luft 
oder gleich ein Gehäuse, dessen Außenseite als Kühlkörper fungiert. Und 
Heatpipes, um die Wäre da hin zu leiten.

Insofern stehe ich nach wie vor zu meiner ersten Antwort:

Axel Schwenke schrieb:
>> Wie komme ich auf meine geforderten Werte nur mit Alu Blech 2mm?
>
> Gar nicht.

[name (Gast)]

Axel Schwenke schrieb:

> Andererseits kann man auch CPU der 100W Klasse noch passiv kühlen.
> Allerdings auch nicht unter ausschließlicher Verwendung von 2mm
> Alu-Blech. Man braucht dafür entweder viele Kühlrippen in freier Luft
> oder gleich ein Gehäuse, dessen Außenseite als Kühlkörper fungiert. Und
> Heatpipes, um die Wäre da hin zu leiten.

Da wäre der Hersteller NoFan eine Anlaufstelle. Ist aber kostspielig. 
Und groß.

[Marian (phiarc)]

Axel Schwenke schrieb:
> Tatsächlich kommen CPU-Kühler der 100W Klasse typischerweise schon mit
> Kupfer-Bodenplatte, weil bei Alu die Wärmeleitfähigkeit nicht mehr
> reicht, um die Wärme "schnell genug" zu den Finnen (vulgo: Kühlrippen)
> zu leiten.

Der eigentliche Wärmetransport wird ja von den Heatpipes erledigt, die 
Kupferbodenplatten verringern lediglich den Wärmewiderstand von 
Heatspreader der CPU zu den Heatpipes. Ein Zeichen hoher Qualität sind 
dort btw vernickelte und planpolierte Bodenplatten. Bei hochwertigen 
Kühlern sind das ganz passable Spiegel...

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Marian B. schrieb:
> Axel Schwenke schrieb:
>> Tatsächlich kommen CPU-Kühler der 100W Klasse typischerweise schon mit
>> Kupfer-Bodenplatte, weil bei Alu die Wärmeleitfähigkeit nicht mehr
>> reicht, um die Wärme "schnell genug" zu den Finnen (vulgo: Kühlrippen)
>> zu leiten.
>
> Der eigentliche Wärmetransport wird ja von den Heatpipes erledigt, die
> Kupferbodenplatten verringern lediglich den Wärmewiderstand von
> Heatspreader der CPU zu den Heatpipes.

Es gibt (gab?) durchaus auch CPU-Kühler ohne Heatpipes und trotzdem mit 
Kupferboden. Einen hatte ich gerade vorhin in der Hand. Der saß IIRC mal 
auf einem AMD K6-II. Guckstu Bild!

Andererseits bestätigst du genau meinen Punkt: wenn eine (fast) 
punktförmige Quelle die Wärmeleistung loswerden will, dann braucht man 
ein gut wärmeleitendes Material (Kupfer ist besser als Aluminium) in 
ausreichender Dicke. Das ursprünglich genannte 2mm Alublech verfehlt in 
beiderlei Hinsicht den Zweck. Damit kriegt man die Wäme noch nicht mal 
weggeleitet, geschweige denn an die Umgebung abgegeben.

[name (Gast)]

hust
Stichwort Direct Touch
hust

Da ist nichts mehr mit Spiegel. Und ich hatte (habe) hochwertige Kühler.

Aber genau dafür gibt es ja Wärmeleitpasten, um solche Unebenheiten 
auszugleichen.

Könnte man -rein theoretisch- deine komplette Schaltung in ein 
Mineralölbad schmeißen? Damit hätte sich das Problem der Kühlung 
weitgehend erledigt.

[Marian (phiarc)]

name schrieb:
> Stichwort Direct Touch

Ich meine gelesen zu haben (hab's nicht selber getestet), dass die 
DHT-Kühler bei neueren Prozessoren mit noch kleineren Dies stark 
verlieren, weil durch den kleineren Die der HS auch weniger effizient 
die Wärme verteilt.

[name (Gast)]

Bei den neuen Prozessoren ja... ist halt die Frage, ob man das 1:1 auf 
Halbleitergehäuse übertragen kann.
Vor allem die Schnapsidee, die HS nur noch anzupappen statt richtig 
anzulöten macht es ab Sandybridge nicht gerade einfacher, Prozessoren 
kühl zu halten.

B2T: Dünnes Kupferblech dazwischen und darauf noch Kühlprofile 
schrauben? Sprich: Halbleiter - Wand - Kupferblech - Kühlprofil, 
verbunden durch WLP und Schraube?

Schließe mich der Meinung an, dass es mit nur 2mm Alublech nicht gehen 
wird.

[Frank W. (frank_w)]

Jetzt Nicht schrieb:
> Bei ueber 50 Watt muss man zwangskuehlen. Schau dir einen PC
> Kuehlkoerper an, die muessen 100W koennen.

Gibt es ein Programm im Netz zur Berechnung mit Lüfter?

Also2mm Alublech habe ich verworfen geht ja nicht.



Gruß Frank

[Marian (phiarc)]

Frank Wa schrieb:
> Gibt es ein Programm im Netz zur Berechnung mit Lüfter?

Bei Kühlkörpern, die für Zwangsbelüftung gedacht sind, wird der 
Wärmewiderstand unter definierten Luftströmen angegeben. Bei den meisten 
anderen nicht, kann man aber simulieren. Der Fischer Kundenservice kann 
sowas auch, bspw.

[Udo S. (urschmitt)]

Frank Wa schrieb:
> Gibt es ein Programm im Netz zur Berechnung mit Lüfter?

Und wie willst du da deine Strömungsgeometrie eingeben?
So ein Programm nennt sich Finite Elemente Strömungsanalyse und das 
willst du nicht ausprobieren:
Z.B. hier: 
http://www.fem-berechnung-simulation.de/?gclid=CKj6zLag_8ICFTLJtAodrmkAZA

[Frank W. (frank_w)]

Udo Schmitt schrieb:
> Und wie willst du da deine Strömungsgeometrie eingeben?

Ich denke mal Du hast das Thema verfehkt.

Einfacher Lüfter hat einen definierten Luftstrom oder?

Kühlblech am der Gehäuserückfront mit Lüfter.

Wie nun weiter?

Gruß Frank

[Pandur S. (jetztnicht)]

>Einfacher Lüfter hat einen definierten Luftstrom oder?

Moeglicherweise, aber der Waermeuebertrag ist immer noch
unbestimmt.

Schliesslich muss man doch noch messen.

[name (Gast)]

oder man orientiert sich an den Angaben der Hersteller seufz
Ein CPU-Kühler hat eine Angabe drauf, für welche TDP er maximal geeignet 
it, damit die zu kühlende CPU nicht verreckt.

Was eine CPU aushält hält ein Halbleiterbauteil erst recht aus.

[Gerald B. (gerald_b)]

name schrieb:
> Was eine CPU aushält hält ein Halbleiterbauteil erst recht aus.

Das sage ich mir auch. Habe eine 60W Cree auf einem P4 Kühler sitzen :-)

[Frank W. (frank_w)]

name schrieb:
> Was eine CPU aushält hält ein Halbleiterbauteil erst recht aus.

So werde ich es bauen.

Wie muß ein Gleichrichter gekühlt werden?

U 15V I max. 8A belastet mit 5A.

Gruß Frank

[Wolfgang (Gast)]

Frank Wa schrieb:
> Wie muß ein Gleichrichter gekühlt werden?
>
> U 15V I max. 8A belastet mit 5A.

Nimm einen aktiven Gleichrichter, dann kannst du dir die Kühlung bei dem 
Strom ganz sparen.

[Armin X. (werweiswas)]

Du hast bei einem Brückengleichrichter mit vier Dioden von denen immer 
zwei pro Halbwelle leiten, also für die Rechnung effektiv zwei Dioden. 
An diesen fallen bei effektiv 5A jeweils etwa 0,7 - 1,0V ab womit ca 7 - 
10W vom Kühlkörper abgeführt werden müssen. Bei einem aktiven 
Gleichrichter mit Mosfets wird die abfallende Spannung nochmal deutlich 
geringer.

[Frank W. (frank_w)]

Danke.
Manchmal sieht man die Bäume im Wald nicht.

2X0,7V X 5A = 7W

Gruß Frank