Hallo,
ich habe eine Wärmeleitpaste „auf Silberbasis“ beim Elektronik-Versender C. erstanden. Sie soll „nicht elektrisch leitend“ sein; das stimmt, wie ich nachgemessen habe.
Für Metalle gilt doch das Wiedemann-Franzsche Gestz; danach sind Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit proportional zueinander. D.h., ein guter Wärmeleiter ist auch ein guter elektrischer Leiter. Steht dann nicht die Wärmeleitpaste im Widerspruch zu diesem Gesetz? Wie ist diese Paste konstruiert, damit sie elektrisch nicht leitend, aber wärmeleitend ist?
Wie ist diese
Paste konstruiert, damit sie elektrisch nicht leitend, aber
wärmeleitend ist?
Wie so eine Paste in etwa zusammengesetzt ist geht z.B. aus dem entsprechenden Sicherheitsdatenblatt hervor. Ein wenig elektrisch leitend wird die Paste wohl sein, das kommt auf die Frequenz an
gruß
Hallo Fragewurm,
Wie ist diese
Paste konstruiert, damit sie elektrisch nicht leitend, aber
wärmeleitend ist?
Du nimmst ein isolierendes Fett oder Öl und mischt da ganz feines Silber rein.
Da dann jedes Silberkörnchen mit einer Isolationsschicht überzogen ist, sind die meisten voneinander isoliert.
Natürlich nimmt die Duchschlagsfestigkeit des Fetts/Öls dabei ab. Massgebend sind dann nur noch die einzelnen Isolationdteilstrecken, allerdings ergibt sich noch eine weitere Reduktion durch die hohen lokalen Feldstärken.
Bei der einfachen weissen Paste wird meist ein Keramikpulver beigemischt.
MfG Peter(TOO)
Hi,
Wärmeleitpaste hat nur die Aufgabe winzigste Unebenheiten auszugleichen/aufzufüllen die sonst mit einem Gas(für gewöhnlich unsere Atmosphäre) gefüllt wären. Selbst der beschissenste Wärmeleiter(sogar ein Isolator) erhöht somit die Wärmeübertragung zwischen Prozessor und Kühlkörper.
MFG
Du nimmst ein isolierendes Fett oder Öl und mischt da ganz
feines Silber rein.Da dann jedes Silberkörnchen mit einer Isolationsschicht
überzogen ist, sind die meisten voneinander isoliert.Natürlich nimmt die Duchschlagsfestigkeit des Fetts/Öls dabei
ab. Massgebend sind dann nur noch die einzelnen
Isolationdteilstrecken, allerdings ergibt sich noch eine
weitere Reduktion durch die hohen lokalen Feldstärken.
Ich glaube nicht, dass das so einfach ist mit diesem Material. Die Silberpartikel werden wohl miteinander in Kontakt stehen, denn sonst wäre die Wärmeleitfähigkeit für die Katz. Vielmehr sind da ausgeklügelte organische und anorganische Dielektrika mit im Spiel, die das elektrische Feld welches den Stromfluss aufbaut durch innere Gegenfelder raffiniert abschirmen, während der Wärmefluss relativ ungehindert durch metallische Leitung vonstatten geht.
gruß
Hallo,
soweit gut, die elektrische Nichtleitfähigkeit ist damit gut erklärt. Doch welcher Effekt ist für die Wärmeleitfähigkeit in der das Silber umgebenden Pampe verantwortlich? Freie Elektronen wie in Metallen können es doch wohl nicht sein. Wahrscheinlich kommt der Effekt,
wie Safrael richtig vermutet, nur durch die große Berührungsfläche zustande.
Hallo Peter_57
Ich glaube nicht, dass das so einfach ist mit diesem Material.
Die Silberpartikel werden wohl miteinander in Kontakt stehen,
denn sonst wäre die Wärmeleitfähigkeit für die Katz. Vielmehr
sind da ausgeklügelte organische und anorganische Dielektrika
mit im Spiel, die das elektrische Feld welches den Stromfluss
aufbaut durch innere Gegenfelder raffiniert abschirmen,
während der Wärmefluss relativ ungehindert durch metallische
Leitung vonstatten geht.gruß
interessanter Aspekt, aber kannst Du das näher erläutern? Hat mal jemand diese „raffinierten inneren Gegenfelder“ gemessen oder dazu Modellrechnungen gemacht?
Das hört sich sonst sehr esoterisch an!
Grüße von Ph33
Hallo Fragewurm,
Hallo,
soweit gut, die elektrische Nichtleitfähigkeit ist damit gut
erklärt. Doch welcher Effekt ist für die Wärmeleitfähigkeit in
der das Silber umgebenden Pampe verantwortlich?
Wie schon geschrieben wurde, sollte die Wärmeleitpaste, bei richtiger Anwendung, nur die winzigen Luftkammern zwischen den beiden Kontaktflächen ersetzen.
Die meisten Materialien leiten Wärme nun mal besser als Luft.
Für die eigentliche Anwendung ist es zudem egal ob das Zeugs leitet oder nicht, mindestens der Kühlkörper ist sowieso aus Metall.
Probleme macht nur hervorquellendes Material, welches, wenn leitend, dann Kurzschlüsse in der Umgebung machen kann (Ist besonders seit den PCs ein Problem geworden, da viele Leute nach dem Motto : „Viel hilft viel“ dosieren).
Wenn eine Isolation gefordert ist, kann man das nicht mit Wärmeleitpaste erreich, da muss dann entweder eine Isolation dazwischen oder man muss Bauteile in einem isolierten Gehäuse verwenden.
Teilweise wird da auch viel Esoterik mit dem Silber betrieben betrieben 
Hier eine insustrielle Wärmeleitpaste mit 2.5W/(m*K).
Laut Datenblatt ist da kein Silber drin:
http://www.distrelec.ch/Web/Downloads/ms/ds/HTSP_ger…
Hier ein silberhaltiges Produkt aus dem PC-Bereich:
http://www.spire-corp.com/pc-accessories/thermal-kit…
Hat 3.8W/(m*K)
Einfache Wärmeleitpaste liegt so um 1W/(m · K)
Zum Vergleich:
Stickstoff: 0,02583 W/(m · K)
Aluminium: 235 W/(m · K)
Kupfer: 400 W/(m · K)
Allerdings wird die Rechnerei ziemlich kompliziert.
Zuerst einmal haben die beiden Flächen auch ohne Wärmeleitpaste stellenweise direkten Kontakt.
Eine gut verarbeitete Wärmeleitpaste sollte nun die direkten Kontakflächen erhalten und nur die Hohlräume füllen.
Hier ist also erst mal das Verhältnis von Gesamtfläche zu Kontaktfläche wichtig.
Bei halbwegs normaler mechanischer Bearbeitung der Flächen sollten die Luftkammern etwa maximal 100-200µm dick sein.
Bei 200µm und mit 1W/(m · K) kommt man dann auf 5’00W/K für den schlechtesten Übergang.
Praktisch müsste man aber die mittlere Schichtdicke einsetzen.
Zudem ist dieser Wert noch mit dem Verhältnis von Gesamtfläche zu Kontaktfläche zu multiplizieren.
Da macht dann mit/ohne Silber nicht mehr viel aus.
MfG Peter(TOO)
Hallo,
Wie schon geschrieben wurde, sollte die Wärmeleitpaste, bei
richtiger Anwendung, nur die winzigen Luftkammern zwischen den
beiden Kontaktflächen ersetzen.
Die meisten Materialien leiten Wärme nun mal besser als Luft.
Genau!
Übergänge von Festkörper zu Luft sind außerdem eher sehr schlecht.
Teilweise wird da auch viel Esoterik mit dem Silber betrieben
So ist es. Da werden ganze Versuchsreihen und ausführliche Artikel zur Optimierung der Paste geschriebene, wo es nur um Nebeneffekte geht.
Man kann es ja auch leicht nachrechnen, welchen Einfluss eine Paste hat, wenn die Schichtdicke eh nur im Bereich von 1…3um sein sollte.
Nur bei einigen extremen Anwendungen, wo man so dicht an das physikalisch machbare heran geht, dass ein paar zehntel Grad mehr oder weniger eine messbare Rolle spielen, macht es Sinn, diese Unterschiede zu beachten. Das sind aber regelmäßig keine Anwendungen wie sie im normalen Heim-PC üblich sind.
Einfache Wärmeleitpaste liegt so um 1W/(m · K)
Allerdings wird die Rechnerei ziemlich kompliziert.
Eine Abschätzung ist aber nicht so schwierig.
Bei halbwegs normaler mechanischer Bearbeitung der Flächen
sollten die Luftkammern etwa maximal 100-200µm dick sein.
Das würde ich schon unter „Grobschmiede“ klassieren.
Ich vermute, du hast dich in der Größenordnungen vertan.
Oder anders ausgedrückt, wer solch grobe Oberflächen mit super-duper-Leitpaste ausgleichen muss, hat grundsätzlich schon was grob falsch gemacht.
Flächen, die für einen guten Wärmeübergang optimiert sind, haben kaum Rauigkeiten über 20um, es sollten eher unter 10 um sein.
Bei Peltierlementen werden Oberflächen gelappt.
http://www.quick-ohm.de/peltierelemente/download/Ein…
Bei 200µm und mit 1W/(m · K) kommt man dann auf 5’00W/K für
den schlechtesten Übergang.
Die Angaben sind extrem hoch gegriffen.
Ich würde mal eher Schichtdicken von 10um annehmen.
Wenn da z.B. ein Prozessor mit 80W über eine Fläche von angenommen 400mm² seine Wärme abführen sollte, dann kann man abschätzen:
80W x 10*Exp(-6) m 800 Exp(-6) W*m*m+K
dT = ------------------------------------ = ------------------------------ = ca. 2 K
(1W/(m+K) x 400*Exp(-6) m²) 400 Exp(-6) m²
Da macht dann mit/ohne Silber nicht mehr viel aus.
Eben, ob man da nun 2 K oder 2K Temperaturdiff. in der Schicht hat, bei einer
Gesamtdiff. von 70…80K zwischen dem Chip und der Außentemp. macht wenig aus.
Das ist weniger als 2%.
Der Temperaturgradient außen zwischen Kühlkörper und Umgebung ist meist um den Faktor 10 größer. Dort läßt sich durch vernünftiges Wärmemanagement in der Regel viel mehr erreichen.
Gruß Uwi
Hallo,
vielen Dank für Eure ausführlichen Ausführungen zum Wärmeübergang zwischen elektronischen Bauelementen und Kühlkörpern; ich habe viel dazugelernt.
Aber im Grunde ging es mir darum weniger. Ich benutze Wärmeleitpaste, um (zur Temperaturmessung) perlenförmige NTC-Widerstände an Warmwasser führendes Kupfer-
Rohr anzukoppeln. Der NTC-W. steckt in einem Messingröhrchen, das mit Wärmeleitpaste
verfüllt und mit Epoxy-Kleber verschlossen wird. Das Messingröhrchen ist am Cu-Rohr festgeklemmt. Damit das funktioniert, muss der elektrische Widerstand der W.-Paste parallel zum NTC-W. groß gegen 10 kOHM sein. Deswegen kam es mir auf den elektrischen Widerstand der W.-Paste an. Die Schichtdicke der Paste in dem Röhrchen liegt in der Größenordnung von einigen Zehntel Millimeter. Diese Anordnung funktioniert prima.
Ich weiß auch, dass es fertige Temperatursensoren für Rohrleitungen gibt, die kosten aber ein Mehrfaches der (Präzisions-)NTC-Widerstände.
Ich bitte um Entschuldigung, wenn ich Euch Profis mit diesen Basteleien nerve.
Viele Grüße von Ph33
ohne Ms-Röhrchen
Hallo Ph33,
hast Du schon ´mal versucht, das Messingröhrchen wegzulassen?
Damit könntest Du dann das Problem mit dem Widerstand umgehen und hättest nebenbei ein schnelleres Regelverhalten.
Schönes WE
Thomas
Hallo Uwi,
Bei halbwegs normaler mechanischer Bearbeitung der Flächen
sollten die Luftkammern etwa maximal 100-200µm dick sein.Das würde ich schon unter „Grobschmiede“ klassieren.
Ich vermute, du hast dich in der Größenordnungen vertan.
Nö ich ging von einem ganz normalen unbearbeiteten strangepresstem Profil aus.
MfG Peter(TOO)
Hllo Ph33,
Ich benutze
Wärmeleitpaste, um (zur Temperaturmessung) perlenförmige
NTC-Widerstände an Warmwasser führendes Kupfer-
Rohr anzukoppeln. Der NTC-W. steckt in einem Messingröhrchen,
das mit Wärmeleitpaste
verfüllt und mit Epoxy-Kleber verschlossen wird. Das
Messingröhrchen ist am Cu-Rohr festgeklemmt.
Ich habe bei so etwas den NTC direkt mit Wärmeleitpaste auf das Rohr gepappt und mit einer Bandage fest gemacht.
Mit einer thermischen Isolierung über dem NTC ist man noch etwas gnauer an der Rohrtemperatur.
Aber ich weiss jetzt natürlich nicht genau was du messen willst?
Die Temperatur im Rohr oder die Oberflächentemperatur des Rohrs.
Wobei man letzteres genauer über eine IR-Messung machen würde.
MfG Peter(TOO)
Hallo,
Aber im Grunde ging es mir darum weniger. Ich benutze
Wärmeleitpaste, um (zur Temperaturmessung) perlenförmige
NTC-Widerstände an Warmwasser führendes Kupfer-
Rohr anzukoppeln. Der NTC-W. steckt in einem Messingröhrchen,
das mit Wärmeleitpaste verfüllt und mit Epoxy-Kleber verschlossen wird.
Aber warum diese Konstruktion außen am Rohr?
Da hat man doch kein aggressives Medium?
Dafür erhöhst du die Wärmekapazität und die Oberfläche und die Wärmeableitung des Sensors enorm.
Das Messingröhrchen ist am Cu-Rohr festgeklemmt.
Das Röhrchen wird aber hoffentlich längs zu Rohr angeklemt?
Damit das
funktioniert, muss der elektrische Widerstand der W.-Paste
parallel zum NTC-W. groß gegen 10 kOHM sein. Deswegen kam es
mir auf den elektrischen Widerstand der W.-Paste an.
Das scheint mir eine eher nicht zweckmäßige Konstruktion.
Wenn nötig, würde ich höchstens den Fühler mit Anschlussdrähtchen mit einem 2K-Kleber oder Silikom isolierend vergiesen.
Ist aber eigentlich alles unnötig, wenn man einen isolierten Sensor nimmt.
Die Schichtdicke der Paste in dem Röhrchen liegt in der
Größenordnung von einigen Zehntel Millimeter. Diese Anordnung
funktioniert prima.
Ja, aber wie prüfst du die korrekte Messung?
Der Hauptfehler entsteht doch dadurch, dass es einen Temperaturgradienten zwischen dem Wasser innen und der Umgebungsluft außen gibt.
Dabei sollte aber die Temperaturdiff. in der Rohrwandung eh marginal sein, weil der Wärmewiderstand in der Wandung winzig ist im Vergleich zum Wärmeübergang Festkörper - Luft.
Also muß man einerseits die Ankopplung vom Fühler an die Wandung möglichst gut machen. Dazu ist die Paste eigentlich ok.
Andererseits sollte man den Wärmeübergang Festkörper - Luft am Sensor vermeiden.
Dazu kann man den angelegten Sensor mit einem Stück sehr gut dämmenden Schaumstoff (z.B. Styropor) bedecken und wie Peter(Too) schon vorgeschlagen hat, mit einer Bandage festhalten.
Mit der Konstruktion liegt der Sensor quasi in der Wandung und hat eine kaum messbaren Wärmediff. zum Wasser.
Wenn man dabei unter den Sensor eine Lage isolierendes Klebeband brjngt, wird das auch keinen merklichen Messfehler verursachen. Der Sensor kann so auch „nackt“ appliziert werden.
Gruß Uwi
.
Bei einer Messung Oberflächentemp.
Hallo Thomas,
Hallo Ph33,
hast Du schon ´mal versucht, das Messingröhrchen wegzulassen?
ja, natürlich. Das haben ja auch Uwi und Peter(TOO) so ähnlich vorgeschlagen. Das
Problem dabei ist jedoch, dass innerhalb weniger Monate die W.-Paste austrocknet und krümelig wird (vielleicht habe ich nicht die richtige), und dann ist der Wärmeleitungseffekt weg. Im abgeschlossenen Ms-Röhrchen bleibt die Paste geschmeidig.
Damit könntest Du dann das Problem mit dem Widerstand umgehen
wieso? Die Anschlussdrähte müsste ich trotzdem isolieren, wenn die Paste elektrisch leitet.
und hättest nebenbei ein schnelleres Regelverhalten.
Es kommt mir nur darauf an, Temperaturänderungen innerhalb weniger Sekunden zu erfassen. Das bisschen Wärmekapazität des kleinen Ms-Röhrchens fällt da kaum ins Gewicht.
Schönes WE
Thomas
Viele Grüße!
Ph33
Hallo Peter(TOO),
Ich habe bei so etwas den NTC direkt mit Wärmeleitpaste auf
das Rohr gepappt und mit einer Bandage fest gemacht.
s. meine Antwort auf Falkens Posting
Mit einer thermischen Isolierung über dem NTC ist man noch
etwas gnauer an der Rohrtemperatur.
Da habe ich ja wohl instinktiv auch mal was richtig gemacht: Alle Warmwasserrohre in meinem Haus sind mit Mineralwolle-Rohren von 2 cm Wandstärke ummantelt. Die NTC-Messfühler liegen innerhalb dieser Isolierrohre.
Aber ich weiss jetzt natürlich nicht genau was du messen
willst?
Temperaturen. Wenn die Temperatur am Kaltwasser-Einlauf des Durchlauferhitzers (DE) innerhalb 2 Sekunden um mehr als 1°K absinkt, nehme ich das als Signal dafür, dass Warmwasser gezapft wird und schalte die Zirkulationspumpe (ZP) ein. Wenn die Temperaturen an allen Messstellen gleich der Temperatur am Ausgang des DE geworden sind, wird die ZP wieder abgeschaltet.
Bei diesen Messungen kommt es mir auf 1° mehr oder weniger nicht an.
Die Temperatur im Rohr oder die Oberflächentemperatur des
Rohrs.
Wobei man letzteres genauer über eine IR-Messung machen würde.
Ich möchte ja nicht die Rohre anbohren, also messe ich an deren Oberfläche.
MfG Peter(TOO)
Viele Grüße von Ph33
Hallo Uwi,
Hallo,
Aber warum diese Konstruktion außen am Rohr?
Da hat man doch kein aggressives Medium?
Dafür erhöhst du die Wärmekapazität und die Oberfläche und die
Wärmeableitung des Sensors enorm.Das Messingröhrchen ist am Cu-Rohr festgeklemmt.
Das Röhrchen wird aber hoffentlich längs zu Rohr angeklemt?
Ich habe die Erfahrung gemacht, dass die W.-Paste nach einigen Monaten trockener und krümeliger wird, wenn sie der Umgebungsluft ausgesetzt ist. Das führt dann leicht zu Fehlmessungen von ca. 10°, was ich nicht tolerieren kann. Daher wird die Paste einge-
schlossen. Die Wärmekapazität des Ms-Röhrchens ist klein gegen die des 22er Cu-Rohres in der Umgebung des Röhrchens. Außerdem ist das Ganze mit Mineralwolle nach außen isoliert. Das Röhrchen ist außen in Längsrichtung zylinderförmig (22 mm Durchmesser) ausgedreht, so dass es sich optimal an das Cu-Rohr anschmiegt (mit dünner W.Paste-Schicht dazwischen); es wird mit einer Bandage angepresst.
Damit das
funktioniert, muss der elektrische Widerstand der W.-Paste
parallel zum NTC-W. groß gegen 10 kOHM sein. Deswegen kam es
mir auf den elektrischen Widerstand der W.-Paste an.Das scheint mir eine eher nicht zweckmäßige Konstruktion.
Wenn nötig, würde ich höchstens den Fühler mit
Anschlussdrähtchen mit einem 2K-Kleber oder Silikom isolierend
vergiesen.
Ist aber eigentlich alles unnötig, wenn man einen isolierten
Sensor nimmt.Die Schichtdicke der Paste in dem Röhrchen liegt in der
Größenordnung von einigen Zehntel Millimeter. Diese Anordnung
funktioniert prima.Ja, aber wie prüfst du die korrekte Messung?
Korrekt heißt hier für mich, wenn ich die Temperatur auf ±1° genau erfasse; das überprüfe ich mit meinem Bratenthermometer.
Der Hauptfehler entsteht doch dadurch, dass es einen
Temperaturgradienten zwischen dem Wasser innen und der
Umgebungsluft außen gibt.
Dabei sollte aber die Temperaturdiff. in der Rohrwandung eh
marginal sein, weil der Wärmewiderstand in der Wandung winzig
ist im Vergleich zum Wärmeübergang Festkörper - Luft.
Also muß man einerseits die Ankopplung vom Fühler an die
Wandung möglichst gut machen. Dazu ist die Paste eigentlich
ok.
Andererseits sollte man den Wärmeübergang Festkörper - Luft
am Sensor vermeiden.
Dazu kann man den angelegten Sensor mit einem Stück sehr gut
dämmenden Schaumstoff (z.B. Styropor) bedecken und wie
Peter(Too) schon vorgeschlagen hat, mit einer Bandage
festhalten.
Das mache ich ja.
Mit der Konstruktion liegt der Sensor quasi in der Wandung und
hat eine kaum messbaren Wärmediff. zum Wasser.Wenn man dabei unter den Sensor eine Lage isolierendes
Klebeband brjngt, wird das auch keinen merklichen Messfehler
verursachen. Der Sensor kann so auch „nackt“ appliziert
werden.
Gruß Uwi
Viele Grüße von Ph33
Hallo Ph33,
Ich habe bei so etwas den NTC direkt mit Wärmeleitpaste auf
das Rohr gepappt und mit einer Bandage fest gemacht.s. meine Antwort auf Falkens Posting
Du hast da wohl das falsche Produkt erwischt.
Ich würde die NTC direkt mit Wärmeleitkleber auf das Rohr kleben und zusätzlich mit eine Bandage fixieren.
Je kürzer der thermische Weg ist, um so schneller reagieren die NTC.
http://www.electrolube.de/produkte/wärmeleitprodukte…
http://www.fischerelektronik.de/web_fischer/de_DE/K%…
Die Temperatur im Rohr oder die Oberflächentemperatur des
Rohrs.
Wobei man letzteres genauer über eine IR-Messung machen würde.Ich möchte ja nicht die Rohre anbohren, also messe ich an
deren Oberfläche.
Jetzt ist schon klar, was du messen willst, dann ist auch die Isolierung sinnvoll.
Es hätte auch sein können, dass du die Oberflächentemperatur messen willst, weil dich der Übergang Metall/Luft interessiert, dann liefert eine Bandage mit Isolierung ganz falsche Resultate! Diese ginge dann nur über eine IR-Abtastung vernünftig.
MfG Peter(TOO)
Hallo,
wieso? Die Anschlussdrähte müsste ich trotzdem isolieren, wenn
die Anschlußdrähte sind ein sehr wichtiger Aspekt bei der ganzen Betrachtung.
Die sollten zumindest auf den ersten Zentimetern möglichst dünn sein.
Wenn der Sensor selber (mit den Anschlußdrähten) eine geringe Wärmekapazität aufweist, hat die ganze Dikussion über Wärmewiderstände nur akademischen Charakter.
Ich habe das mal so gelöst: eine Lage Isolierband ums Rohr, darauf den Sensor (eine kleine Pille mit 1mm Durchmesser), den ich mit 2 dünnen (0,2mm) Kupferlackdrähten angeschlossen habe. Den Sensor inkl. Anschlußdrähte mit mehreren Lagen Isolierband abgedeckt. Nach etwa 5cm dann die Zugentlastung und die eigentliche Meßleitung am Rohr angebracht und das Ganze mit der Rohrisolierung wieder bedeckt.
Damit sich das Isolierband in der Wärme nicht ablöst, kann man alles vor der Rohrisolierung nochmal mit geeignetem Material abdecken und mit Kabelbindern befestigen.
Gruß
Bernd
Hallo Bernd.
die Anschlußdrähte sind ein sehr wichtiger Aspekt bei der
ganzen Betrachtung.
Die sollten zumindest auf den ersten Zentimetern möglichst
dünn sein.
Wenn der Sensor selber (mit den Anschlußdrähten) eine geringe
Wärmekapazität aufweist, hat die ganze Dikussion über
Wärmewiderstände nur akademischen Charakter.
Dazu steht normalerweise auch einiges im Datenblatt des Sensors.
MfG Peter(TOO)