Hallo,
da es bei einigen Käufern der Peltier Elemente zu gewisser Verwirrung zwecks der Ansteuerung gekommen ist, und wohl auch das eine oder andere durchgebrannt ist, möchte ich hier kurz einige Dinge dazu sagen.
Ein Peltierelement ist wie ein PC-Prozessor: ohne Kühlkörper auf voller Leistung brennt es durch. Klar: wo sollen auch 130 Watt elektrische Leistung hin? Dabei ist zu beachten, dass neben der Wärme des Elements selbst, die transportierte Wärmemenge dazu kommt! Im schlimmsten Fall nochmal ca. 100 Watt. Das bedeutet, dass wenn man eine Seite unter 100 Grad halten möchte, empfiehlt sich eine Kühlung mit einem thermischen Widerstand von 0,5 Kelvin pro Watt oder weniger. Ein Ventilator am Kühlkörper wirkt da Wunder! Dann kann man bereits mit kleinen Leistungen Minusgrade erreichen. Aber dazu später mehr.
Die "Ansteuerung" an sich ist extrem einfach. Man benötigt nur ein stabilisiertes, regelbares Labornetzteil. Oder ein kleines Steckernetzteil mit Strombegrenzung. Die kann man bis ca. 2 A kaufen, für meist unter 10 Euro, und das sollte den Zweck erfüllen. Ich benutze mein Netzgerät was ich ohnehin im Labor stehen habe. Aber werfen wir einen kleinen Blick auf einen Testaufbau:
Hier das Netzgerät. Es liefert nur knapp über 10 Watt mit diesen Einstellungen:
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures001/6355_35350370.jpg)
Das Element (4) liegt auf einem alten Grafikkartenkühler (2) der von einem ebenso betagten Lüfter (1) gekühlt wird. Die thermische Anbindung geschieht durch einen Tropfen Immersionsöl (3). Eine vernünftige Wärmeleitpaste ist da vielleicht sogar noch besser ;-) Aber wie man sehen kann, hat sich ein Tropfen Wasser in einen Eistropfen verwandelt (5). Nach dem Auftropfen gefriert das Wasser in wenigen Sekunden. Das Element fühlt sich eiskalt an und der Kühlkörper hier wird kaum merklich warm.
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures001/6355_40079059.jpg)
Hier die Oberfläche mit Reif und dem Eistropfen:
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures001/6355_32628696.jpg)
Und die dazugehörige Temperatur (1 mV = 1 °C). Bei 11 Watt ergibt das eine Kühltemperatur von -4 Grad, oder einem Temperaturunterschied von ca. 30 Kelvin. Das ist für die gegeben Umstände sehr ordentlich.
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures001/6355_62708139.jpg)
Ich hoffe das hilft ein Bisschen bei der Verwendung der Elemente...
Viele Grüße,
Michael
Hallo Herr Lippert,
vielen Dank für die Beschreibung. Sagen Sie, kann ich zwei Elemente koppen (vermutlich parallel) und aneinanderkoppeln, um so auf ca -20°C zu kommen?
Beste Grüsse
Thorsten Ebbinghaus
Im Prinzip geht das, aber eventuell muss man die Leistung zum jeweiligen Element etwas skalieren, also das kältere läuft mit weniger als das wärmere. Aber um auf -10 zu kommen reicht bereits ein Element. Eventuell geht es auch noch weiter, das muss ich mal probieren...
Hier wird alles inklusive Theorie beschrieben:
http://www.geocities.com/haidarsajjad/AAPTHandout2.pdf
Grüße,
Michael
ps: Beim Stacken wird übrigens noch mehr Wärme frei! Da muss man wirklich gut kühlen! Das sollte für jede Anwendung sehr langsam und behutsam ausgetestet werden.
Hallo,
habe mal schnell ein Foto meines Versuchsaufbaus gemacht, -15 Grad waren da bei ordentlicher Stromstärke möglich: Wasserkühlung.
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures001/6393_29486222.jpg)
Schöner als das mit Heißkleber geklebte Alu-Teil ist natürlich etwas Professionelles aus dem PC-Wasserkühler-Sektor, aber da gab es nichts was zum Peltier-Element passt und klein genug ist für die Halterung des Mikrotoms.
Habe damit Gefrierschnitte mit Gelatineeinbettung versucht. Problem war dann das zu warme Messer...
Viele Grüße
K. Koch
Wasserkühlung ist perfekt! Passen Sie aber mit ihrem Element auf, das sieht aus als wäre es nicht abgedichtet!! Das stirbt am Kondenswasser so.
Für Gefrierschnitte müsste man die Peltiers eine kleine Gefrierbox kühlen lassen wo Mikrotom und Messer drin sind. Dann müsste es gehen.
Hallo Klaas,
das gleiche habe ich auch vor. Die Idee stammt von den alten Gefrierschlitzensystemen mit CO2 Flasche. Eine Kühlbox oder eine Gefierschrank sind zwar Ideal aber nicht zwingend erforderlich. Ich hab sogar noch solch ein Gefrierschlittenmikrotom von Satorius und müsste nur den Gefrierhalter auf mein Jung-Rotationsmikrotom umbauen. Laut Anleitung gibt es diese Halter sogar als Zubehör, aber das Handling mit der CO2 Flasche, ist mir zu umständlich, daher grübele ich an einer Peltier-Lösung, ich auf mein Rotationsmikrotom aufsetzten kann.
Übrigens mache ich mir beim Scheiden mehr sorgen über die mechanische Belastung, die auf die empfindlichen Halbleiter-Elemente wirken. Es müsste schon irgendwie ein Sandwich sein, bei dem das Peltier eine Trägerpatte kühlt. Dabei ist das Peltier mit Distanzhülzen so zwischen Trägerplatte und Kühlkörper montiert, dass die Verschiebungskräfte nur auf die Trägerplatte und die Montageschrauben wirkt. Hierzu gibt es Anleitungen im Internet, um den optimalen Wärmeübertrag bei gegebenen Anpressdruck zu gewährleisten.
http://www.quick-cool.de/bibliothek.html (Diverse Tipps zu Peltier-Elementen)
http://www.quick-cool.de/fragen-peltierelemente.html (hier insbesondere das Kondensatproblem, Frage 7)
http://www.quick-cool.de/download/Einbau-Montage-Peltier-Elemente.pdf (Einbauproblem / meachanische Belastung gegenüber Anpressdruck der Halteschrauben)
Hier ist übrigens eine kleine Anleitung für botanische Praktika (http://www.bitoek.uni-bayreuth.de/pflanzenphysiologie/de/top/dl/44170/1Vorbereitungstag.pdf, Seite 9, Abschnitt B3); -20°C sollten reichen.
Vielleicht kann ich einen erstklassigen Mechaniker hier in der Schweiz dazu bewegen, beim Basteln zu helfen - er kann sowas sicher auch brauchen, da er kürzlich ein Tisch-Schlittenmikrotom von mir bekommen hat. Ich stubse Ihn mal auf den Tread, vielleicht hat er lust ..... ;D
Leider habe ich die Peltiers von Michael Lippert verpasst ....
Beste Grüsse
Thorsten
Hallo Thorsten,
ich hab ja schon blaue Flecken, so heftig, wie du mich verbal angeschubst hast. ;D
Mechanisch gesehen sehe ich da wenig Probleme. Was die Elektronik betrifft, bin ich die diesen Elementen nicht so bewandert. Netzteil muss wohl auch eher grösser sein. Wieviel Ampere und Volt zieht das Ding? Am besten wäre ein Kupferkühlkörper (wassergekühlt ) gibt es sich so nicht zu kaufen, also selber machen!
Hat mein hochkarätiger Chemie-Dozent am Samstagnachmittag Zeit für einen Chemie-Kursus?
Hallo,
ich möchte hier auch mal was posten:
Geeignet sind PC-Netzteile (bei 5V auf alle Fälle).
Die liefern viel Ampère. so 20 bei meinem. Aber das wäre dann wieder zu viel...
Aber wieviel Ampère und Volt die Peltiers benötigen, kann man ja ausrechnen. Im Mikro-Markt stehen noch die technischen Daten.
An Kühlkörpern würde ich einfach auf die Elektroschrottsammelstelle gehen, und dort mal ein PC Netzteil schnorren. Da gibts nämlich tolle Alu-Kühlkörper drin. Muss man halt löten, aber dass dürfte nicht so das Problem sein.
@Michael:
Wie bekomme ich so eine Stromoberbegrenzung hin?
Dürfte bestimmt mehr Leute als nur mich interessiern, nicht jeder hat ein Labor-Netzteil (und dazu eins mit bis zu 8,5A Stromregelung) zuhause...
tschüß
Nicolas
Hallo Nicolas,
ZitatWie bekomme ich so eine Stromoberbegrenzung hin
Das einfachste ist sicher eine Schmelzsicherung oder elektronische Sicherung. http://home.berg.net/opering/projekte/10/index.htm
Thermosicherung für Temperaturen.
Überspannung mit einem Varistor.
Hallo Michael,
nein sowas meine ich nicht.
Ich meine eigentlich eine Stromregelung.
Also dass die Schaltung dann nur 8A durchlassen würde obwohl das Peltier-Element 15 anfordert.
Weil bei 15 würde es ja durchbrennen...
Die Sicherung geht ja einmal kaputt. Und dann ist das ja auch keine konstante Stromregelung.
Tschüß
Nicolas
Reicht dir da ein normaler Vorwiderstand nicht?
Hallo Michael,
nein, ein normaler Vorwiderstand reicht mir nicht.
Stell dir vor, durch einen Widerstand fließen am Ende 8A, Allein wenn am Widerstand 1V abfallen würde, ich bräuchte einen 8W-Widerstand (gut, hätte ich schon...).
Aber: halt!
Ich hab doch noch eine Idee:
500W-Widerstand.
Ich habe zwei Heizstäbe aus einem Mini-Backofen ausgebaut.
Jeder 500W Leistung (230V).
Aber bei 12V dürften die auch noch einen gewissen widerstand darstellen.
Ist halt dann eine unheimlich unökonomische Hau-Drauf-Lösung.
Regeln lässt sie sich auch nicht ;)
Schon bei 5W-Power-LEDs wird sowas normalerweise schwierig...
bei 127W-Peltiers?
ciao
Nicoals
Hast du denn was das überhaupt 8A liefert?
Also eine Strombegrenzung kann man auf viele Arten erreichen. In den meisten Fällen verheizt man entweder die Leistung an einem Transistor (lineare Reglung), oder man nimmt einen Step-Down Schaltwandler. Eine "Sicherung" reicht nicht, die brennt einfach durch und begrenzt dadurch den Strom auf Null ;-).
Was ich machen würde, wäre für einen Fall in dem ich nur maximal kühlen will, ein 12 V PC Netzteil nehmen und direkt die 12 Volt bei entsprechender Kühlung (!!!) anlegen. Das wird kalt, keine Sorge. Genauso funktionieren die ganzen Auto-Kühlboxen. Das Peltier begrenzt dann den Strom durch seinen Widerstand selbst.
Das Regeln ist schon schwieriger. Da würde ich eine PWM-Lösung bei hoher Frequenz wählen. Aber ist eine Reglung wirklich notwendig?
Hallo Michael,
danke für die Antwort. Also wenn ich gut kühle (wie K. Koch mit Wasser),
dann kann ich an die 12V-Anschlüsse des PC-Netzteils anschließen.
PWM ist mir zu hoch...
tschüß,
Nicolas
Im Prinzip ist das die Leistung die ein guter CPU-Kühler mit Ventilator, der sich praktischerweise auch an ein Netzteil anschließen lässt, noch wegschaffen kann.
Und wenn man einen LM317 als Stromregler missbraucht und einen Transistor dahinter packt, der die 10mA - 1.5A um den gewünschten Betrag multipliziert?
Oder ein paar LM317 parallel schliessen?
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures001/6464_19697574.jpg)
R1 könnte ja auch ein Poti sein.
@mlippert,
ich habe Nicolas am Anfang falsch verstanden. Ich dachte, es gehe im darum, dass eine Schaltung gegen Ströme ab 8A gesichert sind. Nicht, dass er im Prinzip ein Drosselventil einbauen will. ;D
Hallo Thorsten,
Zitat von: T. Ebbinghaus in Februar 10, 2009, 12:58:39 NACHMITTAGS
Eine Kühlbox oder eine Gefierschrank sind zwar Ideal aber nicht zwingend erforderlich. Ich hab sogar noch solch ein Gefrierschlittenmikrotom von Satorius und müsste nur den Gefrierhalter auf mein Jung-Rotationsmikrotom umbauen. Laut Anleitung gibt es diese Halter sogar als Zubehör, aber das Handling mit der CO2 Flasche, ist mir zu umständlich, daher grübele ich an einer Peltier-Lösung, ich auf mein Rotationsmikrotom aufsetzten kann.
ja, das wäre dann auch eine Idee das Rotationsmikrotom in einen Mini-Gefrierschrank zu stellen, mit einer Kurbelverlängerung durch ein Loch an der Seite, und einer halbhohen Glasabdeckung vorne. Dann hat man schon mal die -18°C, und das Peltier Element kühlt noch weiter runter. Das Messer ist dann auch schön kühl.
Zitat von: T. Ebbinghaus in Februar 10, 2009, 12:58:39 NACHMITTAGS
Übrigens mache ich mir beim Scheiden mehr sorgen über die mechanische Belastung, die auf die empfindlichen Halbleiter-Elemente wirken. Es müsste schon irgendwie ein Sandwich sein, bei dem das Peltier eine Trägerpatte kühlt. Dabei ist das Peltier mit Distanzhülzen so zwischen Trägerplatte und Kühlkörper montiert, dass die Verschiebungskräfte nur auf die Trägerplatte und die Montageschrauben wirkt. Hierzu gibt es Anleitungen im Internet, um den optimalen Wärmeübertrag bei gegebenen Anpressdruck zu gewährleisten.
Dazu hatte ich diese Aluplatte mit 2 Kunstoffschrauben oben draufgeschraubt, bzw. das Peltier-Element damit eingeklemmt. Wobei das aber wohl nicht so extreme Kräfte aushält. Aber beim Schneiden konnte ich da kein Problem feststellen.
Als Kühlflüssigkeit habe ich normales Wasser aus einem Kanister mit Tauchpumpe verwendet: Das Wasser ist nach Durchfließen des Kühlkörpers wieder in den Kanister zurückgeflossen, der Wasserdruck war niedrig genug dass mein geklebter Kühlkörper nicht geplatzt ist.
Wenn man es richtig gut machen will könnte man als Kühlflüssigkeit vielleicht Wasser mit Frostschutzmittel nehmen, und den Kanister vorher in der Tiefkühler stellen. Ist sicherlich ein Unterschied ob auf der heißen Seite +10°C oder -18°C sind...
Über Fotos von Basteleien anderer Forumsteilnehmer würde ich mich freuen :)
Viele Grüße
K. Koch
Hallo,
ich verstehe in dem Thread momentan nicht, warum man versuchen sollte, bei konstanter Spannung die Stromstärke zu regeln.
Peltiers funktionieren in weiten Bereichen unabhängig von der angelegten Spannung. Also kann man bequem die Spannung so regeln, dass die Stromstärke (und nur die bestimmt den Temperaturgradient) den gewünschten Kühleffekt hat. In meiner Diss hatte ich jedenfalls eine Konstantstromquelle am Peltier, um kleine Temperaturdifferenzen zu erzeugen, und habe mich niemals um die angelegte Spannung kümmern müssen. Ich brauchte aber auch keine 100W Leistung - damit kann man ja ein halbes Hähnchen einfrieren ;-)
Mechanisch würde ich mir keine Sorgen machen - die Peltiers, die ich benutzt habe, verwenden zwei verschieden dotierte Siliziumkristalle. Diese sind mechanisch nicht totzukriegen und halten auch rohe Behandlung (z.B die mechanischen Spannungen, wenn man sie in flüssiges Helium taucht) klaglos aus.
Ich verstehe auch nicht, warum man auf -20 Grad kommen will für eine Mikrotom-Anwendung. Ich schneide am liebsten bei -1, damit die Klinge an der Schnittfläche durch Druck(!) das Eis verflüssigt. Bei wieviel Grad funktionieren denn professionelle Gefriermikrotome?? Große Temperaturgradienten sind mit normalen Peltiers nicht so gut zu bewerkstelligen, da der warme und der kalte Pol je nach Bauart nur unter einem Zentimeter entfernt liegen.
Zugegeben - ich schneide nur Pilze und nur mit der Hand, und verwende ein kleines Peltier nur gelegentlich, um sehr kleine Pilzstückchen im Eis mechanisch zu fixieren, damit ich leichter einen Handschnitt machen kann. Die Regler hat mal ein Pilzfreund in Kleinserie vertrieben, aber so weit ich das überblicke, ist im wesentlichen ein Potentiometer drin.
Grüße,
Wolfgang Prüfert
Nönö, es geht nicht wirklich darum bei konstanter Spannug den Strom zu regeln, ich wüsste auch nicht wie das gehen sollte. Die LM317 würde ich da eher nicht empfehlen, dass ist doch recht umständlich damit auf 8 A zu kommen. Ich würde auch nur entweder die Spannung regeln oder eine Festspannung (12 V) anlegen wenn es RICHTIG kalt werden soll. Ansonsten sollte man eher über eine Temperaturreglung nachdenken ;-)
Hallo,
wenn ich mich recht entsinne hatte ich auch einfach ein 12V/15A Netzteil angeschlossen. Bei 12V (bzw. 13,1V oder so...) war der Strom < 10 A, sonst hätte das mein Multimeter nicht messen können ;)
Viele Grüße
K. Koch
Hallo Herr Prüfert,
erstmal vielen Dank für die wertvollen Tipps. In diesem Text demonstriere ich gerne mal meine Unkenntnis, ich bin auf dem Gebiet Anfänger, aber irgendwo muss man ja mal anfangen...
Zitat von: Wolfgang Prüfert in Februar 10, 2009, 23:37:42 NACHMITTAGS
Ich brauchte aber auch keine 100W Leistung - damit kann man ja ein halbes Hähnchen einfrieren ;-)
Sie fragen warum - ich frage mich, wie das Vieh ins Mikrotom einzuspannen kann und woher ich so breite Messer bekomme ;D ;D ;D
Zitat von: Wolfgang Prüfert in Februar 10, 2009, 23:37:42 NACHMITTAGS
Mechanisch würde ich mir keine Sorgen machen - die Peltiers, die ich benutzt habe, verwenden zwei verschieden dotierte Siliziumkristalle. Diese sind mechanisch nicht totzukriegen und halten auch rohe Behandlung (z.B die mechanischen Spannungen, wenn man sie in flüssiges Helium taucht) klaglos aus.
Ich habe den Link so verstanden, das lateral wirkende Stösse schleichend zu einem Bruch der Halbleiter führen können. Wenn es nur einer ist macht es wohl nichts aus, aber es werden mit der Zeit immer mehr. Irgendwie finde ich das auch verständlich, da es sich um eine spröde Keramik handelt. Da Sie bei einem Rotationsmikrotom schnell hintereinander einige hundert solche Lateralstösse auf die Keramik geben, kann ich mir Schäden dieser Art sehr gut vorstellen. Ich weiss nicht, wie oft sie ein und den selben Peltier in fl. Helium getaucht haben und ob die Kraftwirkung vergleichbar ist: Beim Mikrotom haben Sie immer die selbe Stossrichtung. Wie oft konnten Sie das machen, bevor der Peltier seine Leistung verändert hat?
Zitat von: Wolfgang Prüfert in Februar 10, 2009, 23:37:42 NACHMITTAGS
Ich verstehe auch nicht, warum man auf -20 Grad kommen will für eine Mikrotom-Anwendung. Ich schneide am liebsten bei -1, damit die Klinge an der Schnittfläche durch Druck(!) das Eis verflüssigt. Bei wieviel Grad funktionieren denn professionelle Gefriermikrotome?? Große Temperaturgradienten sind mit normalen Peltiers nicht so gut zu bewerkstelligen, da der warme und der kalte Pol je nach Bauart nur unter einem Zentimeter entfernt liegen.
Weil es geschrieben steht ;D
Nein, ernsthaft. ich weiss es nicht. Die CO2 Köpfe arbeiten bei ca. dieser Temperatur. Ich halte aber eine Regelung je nach Anwendungszweck bis ca. -20°C für sinnvoll. Dazu muss der Aufbau diese Minimaltemperatur grundsätzlich erreichen. Auch sollte eine Messerkühlung vorgesehen werden. Aufgrund des geringen Abstandes denke ich über die Kopplung zweier Elemente und eine Wasserkühlung nach ....
Übrigens arbeitet ein mir sehr nahe stehendes Jung Gefriermikrotom ( - nein ich habe nichts damit zu tun, kann bei den Kollegen aber jederzeit vorsprochen) zwischen -5 und -40°C, die Hauptenwendungen sind jedoch zwischen -15 und -20°C. Daher bin ich auf die -20°C gekommen.
Beste Grüsse
Thorsten
Hallo,
ZitatIrgendwie finde ich das auch verständlich, da es sich um eine spröde Keramik handelt.
Silizium kristallisiert in Diamant-Struktur. Die 1:1-Mischung - SiliciumCarbid, - ebenfalls im selben Kristallgitter - wird als Schleifmittel auf Schmirgelpapier verkauft. Ich habe mal versucht ein Stück Silicium im Achat-Mörser kleinzumahlen. Das geht, aber ist ein ganz schöner Kraftakt. Von "spröder Keramik" also keine Spur.
Aber am Peltier gibt es natürlich mechanisch empfindlichere Teile ...
ZitatDa Sie bei einem Rotationsmikrotom schnell hintereinander einige hundert solche Lateralstösse auf die Keramik geben, kann ich mir Schäden dieser Art sehr gut vorstellen.
Hier demonstriere ich meine Unkenntnis über Mikrotome. So beschrieben, haben Sie natürlich Recht. Ich habe meinen einen Peltier über Jahre benutzt und keine Störungen erlebt, aber laterale Stöße sind natürlich eine andere Belastung.
Stellen Sie sich ein Peltier als zwei Platten vor, die über 100 -1000 kleine Silicium -Säulen miteinander verbunden sind. Wenn Sie das in der beschriebenen Weise ständig im gleichen Winkel lateral Schock-belasten, würden irgendwann die Säulen aus ihrer Verankerung gerissen. Ich weiß gar nicht, wie die Säulen elektrisch leitend paarweise miteinander verbunden werden. Eine Bruchstelle reicht aber, damit das ganze Bauteil einen "Wackelkontakt" bekommt (also keine schleichende Leistungsveränderung).
Grüße,
Wolfgang Prüfert