LED-Wärmemanagement

Das Thermomanagement von LED-Leuchten

| Autor / Redakteur: Klaus P. Kruse * / Hendrik Härter

Wärmemanagement gilt als wichtiges Qualitätskriterium einer LED. Die Hersteller setzen auf verschiedene Verfahren. Anhand von Messreihen stellen wir unterschiedliche Ansätze vor.

Auch wenn die Effizienz von LEDs ungleich höher ist als die von Glühlampen, setzen sie immer noch rund 70% der elektrischen Energie in Wärme um. Sie wird jedoch nicht mit dem Licht abgestrahlt, das bei der LED keine Infrarot-Anteile hat, sondern in Form von Verlustwärme in Richtung der Platine.

Da die Wärme einer LED in erster Linie durch den elektrischen Strom entsteht, mit dem sie betrieben wird, gilt: Je höher die elektrische Leistung desto höher die Temperatur und desto kürzer die Lebensdauer. Deshalb ist ein gutes Thermomanagement vor allem bei Hochleistungs-LEDs ab 1 W entscheidend. Doch nicht nur die Temperatur beeinflusst die Funktionsfähigkeit einer LED, auch eine ungleichmäßige Wärmeverteilung innerhalb der LED-Lampe hat negative Auswirkungen.

Gute Wärmeleitfähigkeit bei der LED durch Aluminium

Hersteller setzen auf verschiedene Verfahren, um die durch die LED erzeugte Wärme schnellst möglich abzuleiten. So gibt es Wärmeleitpasten oder -folien aus verschiedenen Materialien und vor allem wärmeleitfähige Kunststoffe. Weit verbreitet ist auch der Einsatz von Lüftern. Sie haben jedoch einige Nachteile. So sorgen sie für einen gewissen Geräuschpegel, wenn die LED in Betrieb ist. Fällt der Lüfter aus, erhöht sich die Temperatur in der LED rasch. Das hat den nachteiligen Effekt, dass sich auch die Lebensdauer der LED wesentlich verkürzt.

Aeon Lighting Technology verzichtet auf den Einsatz von Lüftern, sondern setzt auf reines Aluminium mit hoher Dichte und damit sehr guter Wärmeleitfähigkeit. Unterstützt wird die Kühlung durch eine spezielle Rippen-Technologie, die möglichst viel Luftraum in der LED-Lampe lässt. Dadruch wird die Wärme schnell abgeführt und zusätzlich die Stabilität der LED-Lampe erhöht.

Messungen bei den LEDs zeigen große Unterschiede

Zum Vergleich mit gleichwertigen Produkten namhafter Hersteller, hat ALT eine umfangreiche Messreihe aufgestellt. Im Test ist das Modell Asteria MR16 mit einer Leistung von 7 W von ALT und eine 10-W-LED eines großen europäischen Herstellers. Beide werden während der Messungen 120 Minuten bei 12 V Wechselspannung betrieben, dabei werden die Temperaturen des Kühlkörpers, der Platine und die Betriebstemperatur der LED gemessen. Nach zehn Minuten erreicht die Asteria eine Betriebstemperatur von 24,2 °C, an der Platine werden 49,2 °C, am Kühlkörper 46,8 °C gemessen.

Das Wärmegefälle zwischen Platine und Kühlkörper beträgt damit etwas mehr als 2 Grad. Die Betriebstemperatur der Vergleichs-LED liegt mit 25,2 °C ein Grad über der der Asteria LED-Lampe, der Kühlkörper ist um zwei Grad wärmer, die Platine ist mit 71,4 °C um gut zwanzig Grad wärmer als die der Asteria. Der Temperaturunterschied zwischen Kühlkörper und Platine beträgt damit über 20 Grad.

Warme Platine und kalter Kühlkörper

Nach 30 Minuten bleibt die Wärmeverteilung der Asteria bis zum Ende der Messungen nach 120 Minuten weitgehend konstant: Am Kühlkörper liegen die Temperaturen zwischen 58,5 und 59,1 °C, an der Platine zwischen 60,2 und 60,9 °C. Damit erreicht das Wärmegefälle zwischen Kühlkörper und Platine maximal 2,1 °C. Das bedeutet, dass die Wärme sehr schnell und effizient von der Platine abgeleitet wird. Aufgrund dessen nimmt die Betriebstemperatur im Laufe der zwei Betriebsstunden ab von 24,2 auf 23,6 °C.

Die Vergleichs-LED erreicht nach einer halben Stunde 101,3 °C an der Platine und 59,1 °C am Kühlkörper. Damit ist die Temperatur an der Platine deutlich stärker gestiegen als am Kühlkörper, die Differenz beträgt nun über 40 °C. Das bedeutet, dass die Wärme kaum von der Platine geleitet wird. Die Platine wird extrem warm, während der Kühlkörper relativ kühl bleibt.

Nach 120 Minuten steigt die Temperatur am Kühlkörper auf 62,9 °C, rund 4 °C mehr als bei der Asteria LED. Gleichzeitig erhitzt sich die Platine weiter auf 105,1 °C, also über 40 °C mehr als die Platine der Asteria.

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