Hallo,
ich gebe zu, dass zwar ein Prozessor eine Rolle spielt, aber
die Wärmeentwicklung von einem Lastwiderstand kommt - trotzdem
scheint dies hier das am besten passende Brett zu sein.
Nö, das hat eben mit PC überhaut nix zu tun.
Deshalb habe ich es nach Physik verschoben.
Der Widerstand hat die folgenden Eigenschaften (RB101 auf
http://www.ate-electronics.com/catalogo/inglese/pag4…):
- bis 40W ungekühlt belastbar
Da wird das Teil aber sauheiß. Das hält solch ein Drahtwiderstand
aber gut aus. Allerdings wirkt dann nicht mehr nur Konvektion,
sondern zum erhbelichen Teil auch Wärmestrahlung.
Da diese aber mit T^4 zunimmt, stellt sich dann ein Gleichgewichts-
zustand ein., rel. unabhängig von den Konvektionsbedingungen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Stefan-Boltzmann-Gesetz
Bemerkung: Ich habe Drahtwiderstände (etwas andere Bauform)
schon mal als IR-Strahler (ca. 650-700°C) mißbraucht. Auch das
halten solche Teile ne Weile aus.
- bis 100W gekühlt belastbar
- erforderliches Kühlblech: 995cm² x 3mm
Das verstehe ich so, dass ich den Widerstand bei 40W Belastung
einfach „in die Luft hängen“ könnte und bei 100W auf das
besagte Kühlblech schrauben müsste
Beim Kühlblech geht man von niedrigeren Oberflächentemp. aus.
Da steht ja auch was zum Wärmewiderstand
-> Temp. rise with heatsink: 1 (°C/W)
Deshalb ist der Strahlunganteil geringer (nicht winzig) und
die Konvektion macht mehr aus.
Der Widerstand darf ja nicht über den zulässigen GW steigen.
- in beiden Fällen bei
freier Konvektion (mounted on the standard heatsink with
RT=25°C). Als Kühler-Material ist wohl Aluminium gemeint.
Kannst auch anderes Mat. nehmen.
Dickes Silberblech leitet Wärme auch gut 
Frage 1: Ist das richtig?
Wenn ich den Widerstand nun mit 65W belaste, muss ich nicht
mehr 100-40 = 60, sondern nur noch 65-40 = 25 Watt
„wegkühlen“.
Kommt eben auf den Anwendungsfall an.
Mit Kühlblech legst du die max. Temp. auf der Kühlfläche fest und
mußt nun die wirksame Kühlfläche entsprechend groß machen.
Das ganze wieder so, daß der Widerstand nicht zu heiß wird.
Frage 2: Kann ich also die Kühlblechgröße
einfach von 995 auf 415cm² reduzieren (60:995 = 25:415)?
Wenn du für 100W ca. 10dm² aktive Oberfläche brauchst,
dann reichen für gleiche Randbedingungen ca. 6,5dm² bei 65W.
Nun wird´s kniffelig. Ich habe den Widerstand in einem (engen)
Gehäuse. Vorne blase ich mit einem PC-Lüfter Luft hinein,
hinten kommt sie wieder raus. Ich habe zwar die folgenden
Daten:
- von der Luft umströmte Oberfläche [cm²]
- Luftdurchsatz [m³]
- Luftvolumen im Gehäuse
Luftvolumen im Gehäuse ist egal.
Aktive Oberfläche und Volumenstrom ist wichtig.
2 Ansätze kannst du machen:
- Konvektion = F(Oberfläche,Strömung)
Da gibt es eine Faustformel:
Pk = (5,6 +4v)W /(m² * K) mit v in m/s ( gilt bis etwas 6m/s )
Für stehende Luft hat man also einen Wärmeübergang von
ca. 5,6W pro 1m2 je 1grd (Temp.-diff)
Bei forcierter Lüftung mußt du natürlich drauf achten, daß die
Einbaubeding. günstig sind, so daß die gesamte Kühlfläche
auch als aktives Fläche angesehen werden kann.
siehe dazu auch: FAQ:2173
- Ansatz: Natürlich wirst du nicht wollen, daß die Luft hinten
mit 300°C rauskommt. Dementsprechend kannst du mit dem Volumenstrom
und der Wärmekap. von Luft ausrechnen, mit welcher Temp.
die Luft hinten ausströmen wird. Bedenke, daß der Kühlkörper
deutlich heißer sein muß als die Luft (wegen des schlechten
Wärmeüberganges).
Mit den Informationen sollte es gut möglich sein, das ganze
abzuschätzen.
kann daraus aber nicht abschätzen (Frage
3 ), wieviel Kühlleistung diese Zwangskonvektion
effektiv ausmacht, sprich, um wieviel cm² ich die
Kühlblechgröße ungefähr reduzieren kann, um auf die gleiche
Kühlleistung zu kommen wie ungelüftet mit größerem Blech.
Schau oben in die Formel für Konvektion (der Term „4v“
beschreibt den Einfluß der Strömungsgeschw.
Mit ordentlich forcierter Lüftung kann die Kühlfläche also
deutlich kleiner werden.
Voraussetzung ist natürlich, dass die geforderten 995cm²
wirklich für freie Konvektion gelten, also ohne Lüfter.
Jo, so wird es sein.
Sicher könnte man das irgendwie genau ausrechnen, aber ein
Daumenwert oder eine grobe Gleichung würden mir hier schon
reichen.
Bleibt Frage 4: Welchen Einfluss hat die Dicke des Kühlblechs
auf die Kühlleistung? Meine Annahme ist, dass sich lediglich
die Wärmespeicherkapazität des Kühlkörpers erhöht,
Natürlich nicht nur.
Wenn das Blech zu dünn wird, ist der Wärmewiderstand im Blech
zu groß. Dann nimmt die Temp. nach außen hin schnell ab.
Die tasächlich wirksame Fläche ist dann also deutlich kleiner
als die vorhanden Oberfläche.
wenn ich
das Blech dicker mache. Wenn das Blech aber erst einmal
„durchgewärmt“ ist, sollte nur noch die Oberfläche wirken, oder?
Ja.
Der Widerstand wird im worst case permanent betrieben und im
best case ca. alle 30s ein- und ausgeschaltet (das dürfte der
häufigere Fall sein). Es ist also ein bisschen Zeit zum
Abkühlen, aber nicht viel, zumal in dieser Zeit vermutlich die
Lüftung wegfällt.
Das nimm worst case an.
Die Frage 4: ist also, ob es sich lohnt,
statt 3mm z.B. 4mm oder 5mm dickes Alu zu verwenden.
Da bei forcierter Lüftung eh die fläche deutlich kleiner werden
kann, lohnt es kaum.
Um Platz zu sparen kannst du aber natürlich besser ein Kühlprofil
statt einem glatten Blech nehmen. Oder ein dickwandiges
Vierkantrohr, durch das du hindurchlüftest.
Wie gesagt: Es geht mir um „richtungsweisende“ Hinweise, die
mir helfen, das ganze halbwegs vernünftig auszulegen. Messen
muss ich am Ende zwar auch, ob die Temperaturen im Rahmen
bleiben. Angeblich wird der Widerstand bei 40W ungekühlt 185°C
heiß, was ich also als Zieltemperatur verstehe, die ich auch
bei 65W mit Kühlung erreichen muss, oder?
Schau in die techn. Beschreibung. Da steht drin, welche max. Temp.
für den Widerstand spezifiziert ist. Gehe besser unter den Wert,
um die Zuverlässigkeit zu verbessern. Bedenke auch, daß die
Kontaktierungen so hohe Temp. dauerhaft aushalten müssen (und
vor allem auch die Wechselbelstung -> aufheizen/abkühlen).
Gruß Uwi
