Aktive Kühlung von LEDs ?

  • Hallo -

    wieder einmal habe ich ein gaaaanz dringende Anschaffung getätigt - eine LED Luminus CBT-140, die an die 4000 Lumen liefert, wenn man 21 A bei knapp 4 V durchpustet. Die Ausrede, warum ich so viel Licht brauche: Vielleicht könnte ich am Mikroskop mal die 1/8000 sec Belichtungszeit ausnützen, die meine Kamera bietet, anstatt zu blitzen? In Wirklichkeit bin ich einfach nur neugierig, schließlich ersetzen mir die Mikroskope und das Tümpeln die Oldtimer-Sammlung o.ä, die andere Leute pflegen um sonntags damit an Rennen teilzunehmen.

    Obgleich ich nur ein 5A Stromversorgung dafür habe, weil mein dickes Netzgerät so viel Strom nur bei höheren Spannungen liefert sind diese 80 W eigentlich nix, wenn man das mit anständigen klassischen Beleuchtungen vergleicht, mit denen man früher das Labor geheizt hat.

    Viel problematischer ist hier aber die Kühlung bei gewissen Voraussetzungen: Ich möchte das Teil in einer serienmäßigen Leuchte unterbringen. Derzeit sitzt es auf einem alten Prozessorkühler in einem sog. "Halogenbunker" von Zeiss(W). Mit einem Minilüfter, der auch noch darin Platz hat, kann ich es bis 10 A betreiben ohne zuviel Lebensdauer zu riskieren, aber dann ist Schluss. Eine dicke Leitung um die Ecke (seien es Wasserleitungen oder heat pipes) würde ich noch akzeptieren. Die Temperatur neben der LED kann man mit dem mitgelieferten Termistor übrigens gut messen.

    Deshalb bin ich also auf der Suche nach "Eizes" (wie der Lateiner sagt). Verweise auf tolle Prozessorkühlungen im Volumen der alten Zeiss Kürbis Beleuchtung nützen hier nichts. Mit Kühlungen aus dem Wasserhahn und Cu-Klötzen habe ich selbst erfolgreich gearbeitet, obwohl ich damals nichts von Laminarströmung etc. wusste, aber Johannes hat mit den Versuchen zu seiner Kamerakühlung schon demonstriert, dass das für den Mikroskopiker wohl doch nicht der wahre Jakob ist.

    Mit Infos aus dem WEB über Wasserkühlungen bei Prozessoren, heat pipes etc. bin ich unterdessen bereits auf Bachelor-Nivau (und könnte theoretische Ratschläge geben, ähnlich wie ein gelernter Psychologe für die Einstellung von Piloten). Was mir aber fehlt sind einschlägige praktische Erfahrungen mit m.o.w selbstgebauten Vorrichtungen.

    Viele Grüße

    Rolf

    • Offizieller Beitrag

    Hallo Rolf

    ich habe vor nun fast 4 Jahren schon diese Leds empfohlen für die Mikroskopie zu verwenden.
    Größter Vorteil: keien Linse, irre viel helligkeit, gute Farbverteilung und die größe des Chips entspricht ziemlich genau dem eine Halogenwendel bei 100 Watt MIT ihrem Speigelbild darüber, also leuchtet sie das gesichtsfeld immer optimal aus, wie es eben für eine Halogen berechnet wurde.
    Die Steuerung dazu entwickelte ich mit einem 4 Lagen Multilayer, wobei ich niederimpedante Stromversorgung durch verpressen der Innenlagen auf 50µm realisierte die auch Modenfrei war.
    Auch in der EMV Kammer habe ich mich vom optimalen Design überzeugt, ohne Gehäuse CISPR16 Industrie bestanden.
    Das Design wurde dann in einer Endoskopieleuchte einer bekannten Firma verwendet.

    lg
    Franz

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    Die Welt wäre so schön wenn Frauen so einfach gestrickt wie die Maxwellschen Gleichungen wären --
    Mann könnte dann Störfelder berechnen und Wellen, Phasen und Ströme ....
    und die Harmonischen ganz leicht checken..

    http://interphako.at

    • Offizieller Beitrag

    Hallo Bernd

    Die Batterie diente nur zum Betrieb eines Ventilators hinter dem Kühlblech, warum eine Batterie ? damit ich in der Messkammer keine zusätzlichen, nicht von meinem Netzteil produzierten Störungen habe.
    ich wollte ja nur meine Elektronik und nichts anderes vermessen!
    Deine Schalldämmer sind keine Schalldämmer sondern mit Graphit u.A. vesetzte Schaumstoffspitzen die auf Ferritplattenmontiert sind.
    Diese wiederum sind auf 4 im Abstand von 2 cm liegenden verzinkten Stahlplatten montiert die die EMV Kammer dicht für H und E Felder von aussen machen. Ebenso sollen sich die vom Prüfling erzeugten Wellen totlaufen, d.h. keinesfalls an der Wandung reflektiert werden da ansonsten es zu destruktiven bzw. auch überlagerten interferenz kommen kann. (Phasenlage der Wellen).
    Ich will ja nur meine Emissionen dort messen und nicht irgendwelche Mischprodukte die da entstehen könnten, wenn es z.B. nur eine glatte Wand wäre.
    Siehe Bild, Prüfling, Prüfantenne für gestrahlte und kabelgebundene Vermessung und Messequipment, vermessen wurde beim TÜV Österreich, also eine zertifizierte Stelle!
    (Normgerechter Aufbau von EMV Kammern bitte ergoogeln, bin im LKH und das tippeln am Handy ist fade ;-))

    Auf Deutsch: neben meinen Netzteil kannst du Radio hören oder auch eine Funkanlage störungsfrei betreiben !
    Das Netzteil für die Led kann mit einem Poti angesteuert werden, ebenso blitzen und auch mit PWM wie auch mit einer Regelspannung angesteuert werden, je nach Bedarf. Eingangsspannung ist 19-28 Volt, Ausgang 0-4, bzw. 1.2 bis 4 Volt bei regelbarer Strombegrenzung bis 30A. Die Strombegrenzung kann fürs Blitzen auch angepasst werden.

    Kühlblech das dann im Endprodukt verwendet wurde zeige ich hier, wenn ich Zuhause bin, keine Ahnung wieso ich von hier aus nicht auf diesen meinen Server zugreiffen kann, im Moment.

    lg
    Franz


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    • Offizieller Beitrag

    Hallo Bernd und alle Interessierten,

    Gerne geschehen.
    Nun wieder zur Kühlung.

    Diese Leds haben den Pluspol am Gehäuse! wenn man am gleichen Kühlturm oder im Gleichen Gerät also Auf UND Durchlicht hat, also 2 Leds betreibt, kann es dann schon arge Probleme geben, wenn die Einzelleds nicht vom Gehäuse und von einander isoliert aufgehängt werden.
    ich verwendete damals mittels Lüfter gekühlte Heat-Pipe Kühler, auf diese die LEDS isoliert aufgeklebt waren, also
    der Kleber war auch isolationsmaterial und gleichzeitig mit Diamantstaub versetzer Wärmeleiter.
    Die entstehende Wärme wurde über Heat-Pipes sofort nach hinten auf den Lamellenturm abgegeben, der dann vom Lüfter versorgt wurde.
    Dadurch hielt sich bei Vollleistungsbetrieb mit 21 Ampere die Wärme in Grenzen.
    Ebenso nutzte ich den Messfühleranschluss der Led- (sie hat ja on Board einen PTC gleich neben dem LED-Block plaziert) - um eine Sicherheitsabschaltung in meiner Regelung zu setzen, die vor Überhitzung und damit verbundener Mortalität der Led wirksam schützt.
    lg
    Franz


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  • Hallo Franz -

    offensichtlich hält man es nur leicht bekleidet aus, wenn diese effiziente Kühlung die Abwärme im Raum verteilt . Mein Provisorium ist da etwas handlicher, dafür kann ich auch keine Spiegeleier darauf braten, wenn es mal not tut. :D

    Ein 50 mm Lüfter hat sogar noch oben im Gehäuse selbst Platz, aber dessen Leistung ist zu dürftig.
    Hier das Ganze von unten. Der Kühlkörper ist unten in etwa bündig, nach oben dürfte er noch 30 mm länger sein, aber für 21 A reicht das trotzdem nicht aus.

    Von unten sieht man, dass der Prozessorkühlkörper recht gut passt und man die LED relativ gut justieren kann. Ein Wasserkühlkörper ließe sich auf ähnliche Weise montieren und böte eine flexible, verlängerbare Schlauchverbindung, während die Wärmeröhren halt starr und relativ kurz sind und bei den erschwinglichen Ausführungen vom Computergebrauchtmarkt auch in die falsche Richtung weisen.

    Viele Grüße

    Rolf

    P.S. @Franz: Dein Regler ist ja ein fantastisches Wunderwerk - gibt es den oder so was ähnliches auch irgendwo käuflich zu erwerben? Genial finde ich, dass man die für die Mikroskopie meist unbrauchbaren Laptop-Netzteile dafür verwenden kann.

  • Hallo Rolf,

    ein Bekannter von mir hat für LKWs LED Scheinwerfer entwickelt. Ich hatte mit dem Thema nichts zu tun, aber Hauptproblem war die Wärmeentwicklung. Mittlerweile dürften die Teile im Handel sein und für einen langlebigen Betrieb der LEDs geeignet sein. Mehr Infos habe ich nicht, aber in der Richtung dürfte etwas zu finden sein.

    • Offizieller Beitrag

    Hallo @All

    Also: die Verwendung dieser Netzteile ergab sich daraus, dass sie eben schon geprüft waren und das CE Zeichen hatten.
    Ich mache nicht gerne die Arbeit doppelt. Diese Netzteile bringen 8 Ampere bei 19-24 Volt (just.) und wurden für eine frühere Applikation entwickelt. Warum das Rad immer neu erfinden ? Das Netzteil wurde dann auch zur Versorgung des Prozessor und Anzeigeteils verwendet, mit entsprechend kleiner Step Down Regelung.
    Warum nun der Regler abgesetzt von der übrigen Steuerung ?
    Weil ich maximal 6cm Draht, verwendet wurden 4 cm, hochflexible hitzefeste Litze dann zur LED führte, um eben Abstrahlungen bei PWM und Blitzbetrieb in Griff zu haben (di/dt, sehr hoch , weil sehr niederimpedant, ich war tlw. bei 60MHz noch unter 0,01 Ohm, Endoskop, Medizinnorm) und zweitens die Kabelverluste dadurch auch enstprechend klein wurden (mit damit verbundenen geringen Spannungsabfall), also zwei Fliegen mit einer Klappe dadurch erschlagen wurden.

    lg
    Franz

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  • Hallo Rolf,

    zumindest bei der Wärmeleitpaste hätte ich eine Empfehlung.
    http://www.conrad.at/ce/de/product/…ef=searchDetail

    Das Zeug war echt eine Überraschung, vorallem wenn man wie ich nur normale Wärmeleitpaste gewöhnt ist und etwas zu fest auf die Spritze drückt. Dann hat man nämlich überall eine menge kleiner Kugeln die an Quecksilber erinnern und die eine riesige Sauerei beim wegwischen machen. Ein echter Alptraum, aber tolle Wärmeleitfähigkeit.

    Viele Grüße,
    Johannes

    Biologisches Mikroskop: Zeiss Standard 16
    Stereomikroskop: Lomo MBS 10
    Kameras: EOS 1100D, EOS 1000D, EOS 1000Da
    Ihr aber seht und sagt: Warum? Aber ich träume und sage: Warum nicht? George Bernard Shaw

  • Hallo Jürgen -

    leider ist es so, dass Peltierelemente neben dem Transport von Temperatur auch eine ohmsche Verlustleistung produzieren. In der Praxis bedeutet das, dass man etwa die 3fache Kälteleistung durch Kühlung der Warmseite abführen muss. Das lohnt nur bei Kühlschranktemperaturen oder tiefer, aber nicht, wenn man eine LED bei 60 °C halten will. Das heißt, unwirtschaftlich ist es auch bei tiefen Temperaturen - sonst würden unsere Kühlschränke heute alle mit Peltiers arbeiten. Man findet die aber nur bei den bekannten Kühlboxen, und mit der Energie, die man da reinsteckt um drei Flaschen Bier von 40 ° auf Zimmertemperatur zu bringen, könnte man einen Kompressorkühlschrank einen ganzen Tag lang auf 4 °C halten.

    Viele Grüße

    Rolf

  • Hallo -

    Danke für die zahlreichen Ratschläge. Aber ich wollte nochmals darauf hinweisen, dass man als Durchschnittsbastler von vorhandenen Mikroskopausrüstungen ausgehen muss. Bei Leuchten bedeutet das: Man muss einen vorhandenen Kollektor benutzen können, dessen Optik an die Größe der Leuchtfläche angepasst ist und man muss die Kühlfläche für die LED-Montage entsprechend vor den Kollektor platzieren können.
    Einen normale effiziente CPU-Luftkühlung wäre relativ preiswert aber in meinen Zeiss-Bunkern nur unterzubringen, wenn ich das Hinterteil der Lampe absägen würde - ich will diese aber ohne spanabhebende Eingriffe, jederzeit rückbaufähig, in ihrem Originalzustand erhalten. Mit Wasserkühlung ginge das, wahrscheinlich auch mit Wärmeröhren, aber der finanzielle Aufwand soll sich auch in Grenzen halten.

    @Adi: Die Stromstärke an sich ist nicht mein Problem - sie soll aber regulierbar sein. Die 3,3 V des vorgeschlagenen Computernetzteil reichen nicht aus, man müsste das nächste mit 5 Volt haben und eine PWM dahinter klemmen. Wenn ich aber alles zusammenzähle wird es es doch teurer als ein 15 V/30 A Labornetzgerät, das man auch für andere verrückte Ideen verwenden kann.

    @Bernd: Sieht schon mal gut aus! Hätte auch Fleisch genug um zwei heat pipes reinzustecken. Aber das alles muss erst Versuch und Irrtum bringen.

    Viele Grüße

    Rolf

    • Offizieller Beitrag

    Hallo Rolf,

    einen habe ich noch:
    wenn du schon bei der Trockenkühlung bleiben willst, der VW-Käfer brauchte schließlich auch kein Kühlwasser ;) , gäbe es noch die Möglichkeit, einen Kühlkörper aus einem speziellen porösen Aluminium zu bauen. Es ist luftdurchlässig und mit einem Luftanschluß könnte die Kühlung von Innen erfolgen. Das wäre dann zwar auch wieder mit zusätzlichen Nebengeräuschen verbunden, aber der wahre Bastler scheut eben keine µhen, um zu weiteren Erkenntnissen zu gelangen. ^^

    Viele Grüße
    Bernd

  • @bernd -

    der VW-Käfer hatte ja auch kein Thermometer, das den Fahrer den St. Gotthard rauf hätte beunruhigen können (mein Lloyd Alexander TS auch nicht) - aber an der LED sitzt halt eines.

    Bei dem porösen Alublock fürchte ich, dass man ein Pressluftflasche braucht um da was durch zu pusten oder irre ich mich?

    @Johannes -

    leider darf ich das Flüssigmetall von Conrad nicht bei Aluminium anwenden :(
    Trotzdem vielen Dank für den Tip!

    Viele Grüße

    Rolf

    • Offizieller Beitrag

    Rolf,

    der Käfer hatte halt ein großes Gebläse, das mit der Lichtmaschine verbunden war. Wenn die nicht lief (z.B. gerissener Keilriemen, brannte die Ladekontrolleuchte im Tacho.
    Für die Luftzirkulation sollte man im porösen Alublock schon irgendwie sorgen, sei des durch die Pressluftflasche oder einem Kompressor.
    Vielleicht reicht auch schon eine kleine Membranpumpe von den Aquarien. Oder eben per Blasebalg für das Aufpumpen der Schlauchbote. :D

    VG
    Bernd

  • Hallo Rolf,

    wie viel Platz steht hinter der LED in diesem Bunker zur Verfügung?

    Viele Grüße,
    Johannes

    Biologisches Mikroskop: Zeiss Standard 16
    Stereomikroskop: Lomo MBS 10
    Kameras: EOS 1100D, EOS 1000D, EOS 1000Da
    Ihr aber seht und sagt: Warum? Aber ich träume und sage: Warum nicht? George Bernard Shaw

    Einmal editiert, zuletzt von Johannes Kropiunig (3. April 2015 um 14:51)

  • Hallo Johannes -

    Das Teil dürfte 70 mm breit, 115 mm hoch und 50 mm tief sein, wenn es im Gehäuse verschwinden soll - oben siehst du die Abbildung. Oben (wo der Lüfter draufliegt) hat das Gehäuse eine 73 x 58 mm große Öffnung. Da könnte meinetwegen auch eine Art Schornstein rausschauen und der 80 mm-Lüfter würde ganz gut unten hinpassen.

    Eigentlich möchte ich die LED aber in das Gehäuse einer 100W-Halogenlampe einbauen weil sie einen größeren Kollektor hat. Diese hat bereits ein "modernes" Kunststoffgehäuse, aber der Kühlkörper, der darin steckt bietet vielleicht eine bessere Wärmeableitung als dieser CPU-Kühlkörper. Dafür ist auch der Doppel-T-Block bestimmt, den Bernd oben zeigt.

    Viele Grüße

    Rolf

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