Im letzten Teil dieser Blogreihe habe ich die allgemeine Situation erklärt und beschrieben was zu tun ist. Auch habe ich eine reihe von LEDs aufgezählt die von der Lichtstromabgabe in Frage kommt und ebenfalls schon welche ausgeschlossen. Für welche ich mich entschieden habe erfahrt ihr nun im Teil 2 meiner Blogreihe:
Nach wirklich vielen vielen Stunden und Nächten, habe ich mich dann doch für die CREE MK-R entschieden. Warum erfährst du in diesem Beitrag. Ausserdem habe ich mir einige Gedanken zur richtigen Kühlung gemacht. Meine Messreihe mit verschiedenen Kühlkörpern und vieles mehr – alles in diesem Post!
Außer der Begründung für meine LED-Wahl erfahrt ihr in diesem Post von all meinen Experimenten mit verschiedenen Kühlerlösungen und wofür ich mich am Ende entschieden habe.
Warum ich die CREE MK-R LED für dieses Projekt bevorzuge
- Die LED wird auf einer Star-Platine geliefert und eignet sich daher sehr gut für mich als Bastler und Entwickler zum Ausprobieren.
- Der LED Chip (ok eigentlich sind es 4 in Reihe geschalteter Chips) ist nicht viel größer als eine normale XML. Die Platine hat sogar die gleichem Maße.
- Die Leistungsdaten haben es mir angetan, denn CREE wirbt mit der MK-R als die erste LED, welche 200 Lumen pro Watt schaffen soll. (Mehr Infos dazu beim Hersteller) Das aber nur bei sehr geringen Strömen. Außerdem ist sie mit nur 15€ vergleichsweise günstig im Gegensatz zum Rest.
Lichströme bei verschiedenen Stromstärken
Die Tabellenwerte bei 85°C Referenztemperatur bezüglich der abgegebenen Lichtleistung:
| 0,7A | 1A | 1,25A |
| 11,6V | 12V | 12,15V |
| 8,12W | 12W | 15,19W |
| 1040lm | 1350lm | 1664lm |
| 128lm/W | 112,5lm/W | 109,6lm/W |
(lm steht für Lumen)
Das hat mich schon sehr fasziniert. Würde ich die LED unter 85°C halten, würde ich nochmals einen kleinen Bonus an Licht bekommen. Je kühler eine LED ist, desto mehr relative Lichtleistung strahlt sie ab. Würde ich die LED jetzt also mit einer Wasserkühlung dauerhaft auf 25°C halten, würde ich bis zu 20% mehr Lichtleistung bei gleicher elektrischer Leistungsaufnahme erhalten als bei 85°C.
Jetzt ist nur noch die Frage, wie ich diese doch schon sehr hohe LED-Leistung kühlen kann. Es gibt ja in eBay viele LED-Verkäufer, die mit 9W 12W oder sogar 15W LEDs werben, aber der Kühlkörper nicht viel größer ist als die anderen mit 3W. Alleine daran kann man schon erkennen, dass da etwas nicht stimmen kann. Immerhin muss man davon ausgehen, dass ca. 1/6tel der elektrischen Leistung in Licht umgewandelt wird. 5/6tel dagegen in Wärme (bei einer 100 Lumen pro Watt LED).
Das würde also bedeuten, dass ich bei der 12W MK-R-Lösung 10W elektrische Leistung rein in Wärme umwandeln würde und diese Wärme auch noch schnell und effektiv an die Umgebung abgeben muss. Hierzu habe ich bereits einen ausführlichen FAQ-Beitrag geschrieben.
Hier mal ein Vergleich:
- http://www.eg-sat.net/product_info.php/info/p4179_power-gu10-led-lampe-12w-30-nicht-dimmbar-warm-tageslichtweiss.html
- http://www.ledteile.com/3w-led-strahler-gu10-kaltweiss.html
also irgendwas kann da nicht so ganz stimmen…
Meine Überlegungen zum Kühlkörper
Viele sagen ja, je schwerer ein Kühlkörper ist, desto besser funktioniert er auch. Dieser Aussage muss ich widersprechen. Das Gewicht, also die Masse des Kühlkörpers ist absolut irrelevant für die Leistungsfähigkeit eines Kühlkörpers. Im Statischen Betrieb, also im Dauerbetrieb spielt das absolut keine Rolle, sondern ausschließlich die Oberfläche und die Wärmeleitfähigkeit des Kühlkörpers. Also je mehr Fläche der Kühlkörper besitzt, welche mit der Luft in Kontakt treten kann, desto besser kühlt er auch. Äquivalent dazu ist die Wärmeleitfähigkeit. Je besser Wärme abgeleitet werden kann, desto besser kühlt der Kühlkörper. Mehr Masse ist nur eine subjektiv gute Kühlung, denn wenn ein Kühlkörper mehr Masse besitzt, braucht man bei gleicher thermischer Leistung (thermische Leistung ist hier gemeint, wenn z.b. eine Heizung 5W elektrische Energie in reine Wärme umwandelt) länger um ihn aufzuheizen. Er bleibt also länger „kühl“. Erst mit der Zeit zeigt sich, wie gut der Kühlkörper wirklich ist.
Einschub:
Für die Leute, die sich das jetzt nicht vorstellen können mit der Wärmeleitung, hab ich hier noch ein kleines Beispiel: Wenn Sie in die 100°C warme Sauna gehen, setzen Sie sich auf Holzbänke oder fassen den ebenfalls 100°C warmen Holz-Aufguss-Löffel an. Warum baut man die Bänke nicht aus Metall? Ganz einfach, jeder der sich auf Metallbänke setzen würde, würde sich extrem verbrennen, obwohl sie ebenfalls „nur“ 100°C hätten. Der Schlüssel hier ist 1. In der Wärmekapazität und zum 2. In der Wärmeleitung. Fasst man Holz an, kann die Wärme nicht so gut an den Körper weitergegeben werden. Die Hand kühlt schlagartig das Holz ab. Das Holz kann aber selber die Wärme von der Umgebung nicht so gut an die Hand weitergeben. Metall würde die Energie der warmen Luft direkt an die Hand weitergeben und somit die Hand extrem schnell aufheizen. Holz hat also 1. Eine geringere Wärmekapazität und 2. Eine sehr geringe Wärmeleitung. Je geringer die Wärmeleitung von einem Material, desto besser eignet es sich als Isolator (siehe Steinwolle fürs Dach, oder Styropor)
Ein Beispiel für einen Kühlkörper mit großer Oberfläche ist der hier. Im Vergleich dazu hier ein Kühlkörper mit weniger Oberfläche.
Man kann mit dem blosen Auge erkennen, dass der große Kühlkörper deutlich mehr Fläche besitzt. Er hat deutlich mehr Kühlrippen und kann dadurch auch deutlich mehr Wärme an die Umgebung abgeben. Es hat also einen Grund, warum der eine für 10W LEDs geeignet ist und der andere nur für 3W.
Ich habe mich für einen einen Kühlkörper mit 90mm Durchmesser und 10mm Dicke und insgesamt 52 einzelnen Kühlrippen entschieden. Damit allerdings nicht genug. Ich brauche ja noch irgendwie eine Vorrichtung, um den Kühlkörper aufzuhängen. Deswegen habe ich mir überlegt diese LED auseinander zu bauen und den Kühlkörper auf meinen anderen mit Wärmeleitkleber aufzukleben. Somit habe ich eine Aufnahme mit einem GU10-Sockel und eine Verbindung von meinem großen Kühlkörper zu meiner Aufnahme.
Eine bessere Kühlleistung erwarte ich mir allerdings nicht davon, da die Auflagefläche des äußeren Rings des Kühlkörpers nicht gerade groß ist und der äußere Ring zudem noch auf den Kühlkörper aufgeschraubt ist. Der Wärmeübergang dürfte daher nicht gerade optimal sein. Es dient lediglich der Optik und dem Einbau der LED.
Desweiteren habe ich mir noch überlegt was passiert, wenn ich 2 von den großen Kühlkörpern aufeinander setze.
Hier der Versuch mit zwei Kühlkörpern übereinander.
Damit habe ich eine Messreihe gestartet.
Hier die drei Versionen:
- Ein großer Kühlkörper alleine
- Ein großer Kühlkörper mit kleinem Kühlkörper als Aufnahme aufgeklebt
- Zwei große Kühlkörper
Gemessen habe ich das ganze mit 700mA Bestromung sowie 1A Bestromung. Also einmal mit ca. 8W LED Leistung und einmal mit 12W LED Leistung
Die Messergebnisse:
- Messreihe mit einem Kühlkörper:
- Messung bei 0,7A: LED Temperatur 67,6°C
- Messung bei 1A: LED Temperatur 75°C
- Messreihe mit dem aufgeklebten Kühlkörper + großen:
- Bei 0,7A: 62°C
- Bei 1A: 70°C
- Messreihe mit 2 großen Kühlkörpern
- Bei 0,7A: LED Temperatur: 60°C
- Der Obere Kühlkörper am Metall gemessen: 46°C
- Der untere Kühlkörper am Metall gemessen: 44°C
- Bei 1A: LED Temperatur: 68°C
- Der obere Kühlkörper am Metall: 52°C
- Der untere Kühlkörper am Metall: 50°C
- Bei 0,7A: LED Temperatur: 60°C
Man kann schon sehen, dass der kleine Kühlkörper doch eine gute zusätzliche Kühlwirkung hat und sogar sehr gut mit den beiden großen Kühlkörpern mithalten kann. Gemessen habe ich das Ganze mit so einem herkömmlichen Multimeter mit Temperatursensor (Bimetall-Sensor). Das hitzeempfindliche Bimetall wurde direkt an den LED Chip gehalten und somit die reale Chiptemperatur gemessen.
Auffällig war, dass ich bei keiner meiner Messungen über 85°C Chiptemperatur gekommen bin. Das heißt ich müsste bei 70°C Chiptemperatur noch einen Bonus von ca. 5% des abgegeben Lichtstroms dazurechnen.
Besucht uns nächste Woche wieder für Teil 3
Das wars jetzt erst einmal mit dem 2. Teil der Blogreihe. Im 3. Teil erfahret ihr, mit welchem Treiber die LED(s) am Ende bestromt werden und warum meine Sockellösung doch nicht funktioniert. Damit ihr auch ja nichts verpasst, solltet ihr unser RSS-Feed abonnieren.
Bisher erschiene Artikel aus dieser Blogserie: Mittlerweile sind alle Posts der Serie online:
Mehr aus dieser Artikelserie
- Teil 1: Das Projekt Aufhellung einer Verkaufshalle
- Teil 2: Die Wahl der LED und des Kühlkörpers
- Teil 3: Gehäuse, Linse und die Kosten
- Teil 4: Der Schatten und die Diffusionsscheibe
Christian
Wer beim Bau von LED-Lösungen Hilfe benötigt oder eine Idee hat, was Christian als nächsten bauen sollte, kann ihn auf Google+ finden oder per Email kontaktieren.
[…] zurück bei unserer ersten Blogserie, bei der es um die Aufhellung einer Verkaufsfläche geht. Im letzten Teil habe ich die Kühlung der LED sowie die von mir ausgewählte LED vorgestellt und auch eine Möglichkeit […]
Hallo Christian,
wöo kann ich den beschriebenen Kühlkörper beschaffen?
Grüße
Reinhold