RGB-LEDs in Plexiglas und Epoxy: Probleme mit Erwärmung?

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Autor
RGB-LEDs in Plexiglas und Epoxy: Probleme mit Erwärmung?
Suche nach: rgb (2403)

    







BID = 340643

Lupin III.

Schriftsteller

Beiträge: 616
Wohnort: Salzburg
 

  



Hallo!

Wiedereinmal eine Frage zu LED-Ketten: ich habe zwei RGB-LEDs mit Vorwiderständen in Serie, und das mehrfach (ca. 50x mit 4cm Abstand) parallel. Das ganze wird später in Plexiglas eingelegt und vergossen, und zwar so dicht, dass man ein Aquarium draus bauen könnte.

Da ich damit recht wenig Erfahrung habe, kann ich nicht sagen, ob ich da ein Wärmeproblem bekomme. Plexiglas isoliert ziemlich gut, Epoxy genauso. Wenn ich jetzt 3x20mA habe (einmal für jede Farbe) bei 12-15V, dann wärmt einer dieser LED-LED-Widerstand-Blocks mit mindestens 0,5W (ich weiß nicht genau, wieviel die LEDs selbst noch heizen, wahrscheinlich kommt es sogar eher an 700-800mW ran). Und da LEDs eine hohe Temperatur ja gar nicht mögen, frage ich mich wie lange die das aushalten würden. Wieviel warm könnte das im Inneren werden? Zu warm für die LEDs?






BID = 340649

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

 

  


Geh mal davon aus, daß die gesamte Speiseleistung in Wärme umgesetzt wird. Das abgestrahlte Licht kann man meist vernachlässigen.
Wie groß ist der Block und wieviel Leistung steckst du rein ?
Sind LEDs und Widerstände einigermaßen gleichmäßig verteilt?


P.S.:
Dir ist hoffentlich bewußt, daß du die Abstrahlcharakteristik der LEDs dabei völlig veränderst.
Die Linsenform des Gehäuses verliert fast völlig ihre Wirkung, du könntest ebensogut nackte Chips verwenden.
Außerdem wird die gesamte Lichtausbeute kräftig sinken, da die einzelne LED überhaupt kein Licht nach vorn mehr abstrahlen kann, wenn an der ebenen Front des Klotzes der Grenzwinkel der Totalreflektion überschritten wird.

Nicht ganz exakt, aber qualitativ kannst du das überprüfen, wenn du die LED-Anordnung vor dem Vergießen mal in destilliertem Wasser ausprobierst.

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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.



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BID = 340659

Lupin III.

Schriftsteller

Beiträge: 616
Wohnort: Salzburg


Tja, im Extremfall 3A bei 15V also 45Watt (mit dicken Kabeln). Die Gesamtleistung ist nicht so das was mir Sorgen macht, sondern eines dieser Dinger für sich betrachtet.

In der ersten Version waren die Widerstände auf der Unterseite der Doppel-LED-Platinen vorgesehen. Ist zwar schön klein und da nur die Versorgungsleitungen anzulöten sind, recht flexibel. Aber da werden die LEDs dann regelrecht auf kleiner Flamme geröstet.

Deswegen ist jetzt eher (wie gesagt, es muss flexibel und klein sein) LED-Platine <-> Widerstände <-> LED-Platine vorgesehen. Das ganze aber immer noch innerhalb von 3cm. Ich möchte aber auf keinen Fall, dass die LEDs mehr als 50° abbekommen (oder ist sogar das schon zu viel?). Erstens weil sie weniger hell leuchten und zweitens die Lebensdauer extrem darunter leidet.

Ich habe schon versucht, das ähnlich wie mit Kühlkörpern anzugehen (K/W). Aber ich habe nirgends einen Wärmewiderstandswert für Plexiglas gefunden und leider auch sonst keine Formel, wie ich auf eine Temperatur im Inneren komme. Eingießen, einschalten, aufreißen und messen geht leider nicht schnell genug

PS: Ja, das sich die Charakteristik ändert weiß ich. Besonders auch die Farbe einiger weißer LEDs. Deswegen und auch wegen der Helligkeit und gleichmäßigen Ausleuchtung müssen sie auch so dicht gepackt werden.

BID = 340663

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach



Zitat :
ich habe nirgends einen Wärmewiderstandswert für Plexiglas gefunden


Da hast du nicht gut gesucht: Link



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BID = 340749

Lupin III.

Schriftsteller

Beiträge: 616
Wohnort: Salzburg


Jetzt brauche ich einen Physiker.

Ich habe die Formel (siehe unten). Was ich eigentlich möchte ist T2. Dafür habe ich Q (denke ich zumindest in Joule bzw. Watt-Sekunden). Ich drehe die Gleichung also so herum, dass ich T2 auf einer Seite habe und setze den Rest ein. Nur bei klein t bin ich mir unsicher. Was soll da hinein? 1, weil ich auch für Q 0,8W*1s verwende?

Die anderen Werte sind natürlich auch alles andere als logisch, da die Wärme ja in alle Richtungen weg kann, die Form des Wärmeerzeugers für die Oberfläche nicht grade rechenfreundlich ist, und man die Dicke des Glases auch nur schätzen kann. Also meine verwendeten Werte (ich verlange jetzt von keinem, dass er das nachrechnet):

fedonmixonQ = 0,8 Ws (Das geben die LEDs pro Sekunde ab) lambda = 0,184 W/mK (Koeffizient Plexiglas) A = 10 cm^2 = 0,001 m^2 (Oberfläche des Quaders in dem die LEDs sind, 2,5x1x1 cm^3 , ohne den Kappen, weil da kommen schon wieder die nächsten LEDs) t = 1 s (ist das richtig?) l = 1 cm = 0,01 m (durchschnittliche Dicke des Plexiglases und Klebers rundherum) T_1 = 30°C (Extremfall) fedoff

Das erschreckende Ergebnis für T2: fast 75°C. Ich hoffe einfach, dass die Rechnung oben nicht stimmt. Weil 75° wären nicht gut.






-Edit von sam2: umbruchschädlichen Satz auf zwei Zeilen verteilt-

[ Diese Nachricht wurde geändert von: sam2 am 14 Jun 2006 14:15 ]

BID = 340751

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Aus dem Bauch heraus:
Wenn du 0,8W im Volumen eines Zuckerwürfels verheizt, wird das Plexiglas wohl schon klebrig werden.


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BID = 340773

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5309



Zitat : Lupin III. hat am 14 Jun 2006 00:16 geschrieben :
... fast 75°C. Ich hoffe einfach, dass die Rechnung oben nicht stimmt.


Ich sehe direkt keinen Fehler und komme auch auf deltaT = 44K.

Aber einmal sagst du
A = 10 cm², dann
Volumen des Quarders = 2,5x1x1 cm³. (P.S. cm³ ist in 3D ein Volumen, keine Oberfläche. )

Liegt der Quarder komplett frei oder wie kommst du sonst auf die 10 cm² "(Ober)Fläche"?

BID = 340857

Lupin III.

Schriftsteller

Beiträge: 616
Wohnort: Salzburg


2,5x1x1 cm3 sind einfach die Dimensionen des Quaders, die der Rechnung zu Grunde liegen. Der Quader hat demnach zwei Seiten mit 1x1 cm2 (das was ich mit Kappen meinte) und vier mit 2,5x1 cm2. Wenn man sich die Kette vorstellt, stößt an der Kappe des einen Quaders gleich der nächste solche Block an. Deswegen kann in diese Richtung keine Wärme abgegeben. Im Endeffekt bleiben also nur die vier Seiten mit insgesamt 10 cm2 zur Wärmeabgabe.

Mathematisch habe ich leider auch keine Zweifel am Ergebnis. Aber physikalisch gesehen könnte es nicht stimmen. Z. B. weil ich für t einfach 1 s eingesetzt habe. Da ist der Haken. (Wenn ich das ganze für Kupfer durchrechne (lambda=395), komme ich auf ein deltaT von 0,02 K, was sich aber wieder ganz plausibel anhört, wenn man bedenkt, dass eine Kühlkörper einer CPU 100 W auf 1 cm2 wegbringt)

BID = 340909

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5309



Zitat : Lupin III. hat am 14 Jun 2006 14:11 geschrieben :

... Wenn man sich die Kette vorstellt, ...


Ok, so macht es Sinn.
(War etwas von der Aquariumwand verwirrt, da da ja nur zwei Seiten frei bleiben würden.



Zitat :
Aber physikalisch gesehen könnte es nicht stimmen. Z. B. weil ich für t einfach 1 s eingesetzt habe. Da ist der Haken.


Sehe ich anders, physikalisch muss rechts auch eine Zeit stehen, da Links die Einheit W*s steht; da sich die 0,8Ws auf eine Sekunde beziehen, passt imho die 1s schon.
(Bei 0,8Wh müsste man z.B. 3600s oder 1h als Zeit nehmen, usw.)

Bzw. Leistung ist nunmal Energie pro Zeit; somit ist Energie = Leistung * Zeit.


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