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E-Mechanik + Kühlung Wärmemanagement Klassisch kalt gemacht Wärmemanagement für modernes LED-Licht sinnvoll umgesetzt Leuchtdioden sind gerade dabei, die Übergangslösung Energiesparlampe zu ersetzen. Doch da LEDs neben Licht auch Wärme produzieren, benötigen sie in den meisten Fällen effektive und zuverlässige Kühlkörper. Wie die Leuchtmittel stets einen kühlen Kopf behalten, zeigt Contrinex CTX Thermal Solutions. Autor: Wilfried Schmitz Für ein langes LED-Leben ist ausreichende Kühlung unerlässlich. 22 <strong>elektronikJOURNAL</strong> 04/2013 www.elektronikjournal.com
E-Mechanik + Kühlung Wärmemanagement Bilder: Contrinex Applikationsspezifische Kühlkörper lassen sich nach einer Simulation und Analyse passgenau fertigen. Die Kühlkörper für die LEDs müssen sich der Einbausituation und der Gehäusegröße anpassen. Bei vielen Straßenleuchten ist die notwendige Kühlung bereits in das Gehäuse integriert. Obwohl der Wirkungsgrad von LEDs sehr viel höher ist als der herkömmlicher Glühlampen, wandeln die Leuchtdioden, je nach Farbe und Lichtstärke, generell 75 bis 85 Prozent der aufgenommenen Leistung in Wärme um; nur den Rest in Licht. Im Vergleich dazu wandeln herkömmliche Glühlampen mindestens 95 Prozent des Stroms in Wärme und weniger als fünf Prozent in Licht um. Der Vorteil des Einsatzes von LEDs liegt damit klar auf der Hand. Wissenwert beim Umstieg ist ist der Faktor, dass die richtige Kühlung bei LEDs einen entscheidenden Beitrag zur langen Lebensdauer der Halbleiterleuchten leistet. Folgerichtig sichert ein anwendungsspezifisches Thermal- Management mit entsprechend ausgelegten Kühlkörpern dauerhaft die einwandfreie Funktion der Leuchtdioden. Kühl muss es sein Die Kontaktfläche zwischen Halbleiterkristall und Halter ist nur wenige Quadratmillimeter klein. Daher konzentriert sich die gesamte Wärmeemission auf diesen einen kleinen Punkt. Bei kleinen LEDs mit einer Leistungsaufnahme im Milliwattbereich reichen die Lötanschlüsse aus, um die Wärme aus dem Halbleiterkristall abzuleiten. Aber ab einer Leistungsaufnahme von etwa 1 W ist jedoch bereits eine (passive) Kühlung erforderlich. Hochleistungs- Leuchtdioden können so viel Wärme produzieren, dass sie sogar Kühlkörper mit Zwangsbelüftung benötigen. Von der Stange oder maßgeschneidert Contrinex CTX Thermal Solutions führt in ihrem Produktportfolio sowohl passive als auch aktive Kühlvarianten für LEDs. Neben Standardkühlkörpern gibt es vor allem kunden- und projektspezifisch angepasste LED-Kühlungen. Dabei erfolgt die Montage der Kühlkörper wahlweise mittels Verschrauben, Clippen, einer wärmeleitenden Verklebung oder durch Auflöten. Zu den Klassikern unter den Standardkühlungen gehören Leiterplatten-, SMD- und Profilkühlkörper als passive sowie aktive Kühlkörper mit AC- oder DC-Lüfter. Sie alle sind in verschiedenen Abmessungen und Leistungsklassen standardisiert als Katalogware erhältlich, lassen sich jedoch auf die Anforderungen des Kunden anpassen. High-End-Lösungen, die mittels flüssigen Medien kühlen, sind in der Regel individuell ausgelegt. Nicht nur die Leistung der Wärmeabfuhr ist dabei ausschlaggebend für eine Sonderanfertigung. Auch gestiegene Rohstoffpreise beispielsweise bei Kupfer oder Aluminium sind Gründe, die wirtschaftlich betrachtet eine Maßanfertigung rechtfertigen. Wer eine Kühlung in optimalem Preis- Leistungs-Verhältnis sucht, sollte daher für seine Produkte eine individuelle Variante wählen. Contrinex CTX Thermal Solutions modifiziert Standard-Kühlelemente und entwickelt mit seinen Lieferanten auch Sonderanfertigungen in kleinen Stückzahlen. Die Modifizierung ist oft einfach umzusetzen. Standard-Kühlkörperprofile aus dem Katalog, die zwar den erforderlichen Kühlleistungen einer Applikation entsprechen, lassen sich häufig an individuelle Einbaubedingungen hinsichtlich der gewünschten Abmessungen anpassen und optimieren. Eine weitere Möglichkeit zur kundenspezifischen Auslegung ist die Integration der Kühlfunktion in ein Gehäuse oder in tragende Komponenten. Das ist immer dann gefragt, wenn beispielsweise ein Gerät mit seiner Elektronik in einer staubigen Umgebung betrieben wird oder wasserdicht sein muss. Solche Gehäuse sind dann jedoch abgedichtet; es findet darin keine Luftzirkulation statt. Die zu kühlenden Bauteile müssen innen an der Gehäusewand angebracht sein, damit sie sich von außen über das Gehäuse kühlen lassen. Derlei Gehäuse, die auch ohne Kühlfunktion kundenspezifisch gefertigt werden, sind aus entsprechenden Gusswerkstoffen wie Aluminium hergestellt und auf Wunsch mit Bohrungen, Gewinden oder Ähnlichem versehen. Erst simulieren dann produzieren Beim Berechnen eines maßgeschneiderten LED-Kühlsystems gibt es verschiedene Faktoren zu berücksichtigen: Neben der Leistungsaufnahme und der Verlustwärme spielen auch die Größe des Halbleiterkristalls, die Geometrie von Leuchtdioden und deren Halterung sowie die Umgebungsvariablen (wie Temperaturen, Vi- Auf einen Blick Kühlen rettet Leben Steht die Frage nach der Kühlung an, so gilt es zunächst die Applikation anzusehen. Oft lassen sich hier Standardkühlkörper einfach anpassen. Es ist wichtig, auf ausreichendes Kühlen Wert zu legen, denn es erhöht die Lebenserwartung der LEDs. infoDIREKT www.all-electronics.de 210ejl0413 www.elektronikjournal.com <strong>elektronikJOURNAL</strong> 04 / 2013 23
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