Suche Idee für LED Kühlkörper als Ersatz für Niedervoltlampe (PZO Biolar)

[JB]

Hallo,

Ich habe versucht eine LED Beleuchtung fuer mein PZO Biolar zu bauen und habe eine befriedigende Loesung gefunden; der Thread findet sich hier: https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=11584.30

Noch nicht geloest habe ich das Problem der Kuehlung der LED. Ich moechte gern die Lampenfassung des Biolar behalten, da sich diese hervorragend zentrieren laesst (Abbildung 3). Allerdings bedeutet das, dass der Kuehlkoerper recht klein ausfaellt. Bei den meisten Loesungen die hier im Forum vorgestellt werden ist der Kuehlkoerper (aus gutem Grund) sehr gross dimensioniert. Sicher setzt die Physik hier Grenzen - aber wie klein koennte man den Kuehlkoerper dimensionieren?

Hier mein derzeitiger Aufbau: Die Originallampe ist eine Osram 8018 Niedervoltlampe mit BA15d Anschluss.
Fuer meinen Selbstbau habe ich einen BA15d zu G4 Adapter als Sockel verwendet (Abbildung 1).
Darauf habe ich mit Silikon einen Aluminium-Kuehlkoerper (14x14x14 mm; http://www.conrad-uk.com/ce/en/product/181178/SINK-ICK-PGA-6X6X14) geklebt.
Der LED Chip (Cree XR-E) wurde mit waermeleitendem, elektrisch isolierendem Kleber oben auf den Kuehlkoerper geklebt (nicht ideal; ich hatte nicht gewusst, dass der LED Chip auf der Rueckseite auch elektrische Kontakte hat; naechstes Mal werde ich eine LED nehmen, die schon auf einem PCB vormontiert ist).
Der elektrische Kontakt zum G4 Adapter ist ueber Kupferkabel (Abbildung 2).

Das Ganze hat fast die gleiche Bauhoehe wie die Osram-Lampe und passt problemlos ins Mikroskop. Das Problem ist, dass ich die LED nicht bei annaeherd maximaler Helligkeit betreiben kann (beim DIC mit 100x Objektiv ist es noch zu dunkel). Bei der von mir verwendeten Schaltung bleibt der Kuehlkoerper bei 170mA Strom (5V; https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=11584.30) noch kalt (<30 Grad); bei 5V 250mA erreicht die Temperatur 55-60 Grad und damit wohl das Maximum fuer den Dauerbetrieb.

Meine Frage:

Hat jemand eine Idee wie ich einen effektiveren Kuehlkoerper in die vorhandene BA15d-Lampenfassung einbauen koennte?

Zum einen koennte man sicher noch die Groesse des Aluminium-Kuehlkoerpers erhoehen. Zum anderen koennte man vielleicht fuer eine bessere Ableitung der Waerme durch die Kupferkabel in die Lampenfassung sorgen (dickere Leitungen?).

Hinweise auf kaeufliche LED-Fassungen oder Kuehlkoerper waeren besonders willkommen. Das wuerde sicher auch anderen helfen, die ihre Niedervoltlampen austauschen moechten. 

Mit freundlichen Gruessen,

Jon



Abbildung 1: Osram Lampe und LED Selbstbau


Abbildung 2: LED


Abbildung 3: PZO Lampenfassung

[-JS-]

Hallo Jon,
Dein Wald ist groß und birgt viele Problembäume 
Zu Deinem Bild 3: Du zeigst eine Steckfassung aus Al, vorn ist ein Bajonett dran für
die Osram, hinten ein Kunststoff-Kragen als Anschlag (?), dann noch ein leicht
konisch ausgeführtes Teil sowie Stromkabel.
Wenn die gezeigte Steckfassung inkl. Osram als Ganzes irgendwo hineingesteckt und erst
dann durch m.o.w. sinnhafte Stellschrauben justiert wird, dann ist es einfach.
Es ist ein Vollkörper aus Aluminium zu drehen, welcher in der Form in etwa der von
Dir in Bild 3 gezeigten Zusammenstellung Osram+Steckfassung+Kunststoffkragen+konisches
Teil MINUS Seithöhe Deiner LED entspricht.
Solch ein Vollkörper birgt genug Potenzial, um die erzeugte Wärme abzuleiten.
Anschliessend braucht es eine gescheite Befestigung der LED inkl. Wärmeleitpaste vorn
auf dem neuen Vollkörper, zwei Längsnuten für die beiden Kabel. anschliessend zwei
Bohrungen, um die Kabel sinnvoll aus der Angelegenheit heraus zu führen.
Alternativ wäre das Modell einer Osram (ebenfalls minus Seithöhe der LED) anzudenken,
die in das Originalbajonett Deiner Steckfassung kraft- und thermoleitschlüssig einrastet.
Den, der sowas nahezu aus dem Stand machen kann, kennst Du schon 
(nein, ich beziehe keine Provosion von ihm, und verheiratet bin ich mit ihm auch nicht  )
Gruß
Joachim

[Bastian]

Hallo Jon,
solche Kühlkörper sind schon von einigen Kollegen im Forum gebaut worden. Dann brauchst Du sie nur noch einstecken.
Das Bild steht nur stellvertretend für die vielen Lösungen.



Bastian

[JB]

Hallo,

@Bastian

Vielen Dank fuer den Hinweis! Ich habe den Thread wiedergefunden: https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=10976.0

@Joachim

Hier mal eine Vorstellung der Biolar-Lampenfassung. Der mechanische Aufbau ist so schlicht wie genial.

Bild 4: Vorderseite mit den beiden Polen (Metallschlifte innen) der BA15d Fassung. Danke fuer den Hinweis auf die Ableitung durch die Fassung. Der auessere Kragen der Fassung ist aus Metall und wuerde sich hervorragend zur Waermeableitung eignen. Da koennte ich ansetzen.

Bild 5: Zerlegt. Der gesammte Traeger wird in das Leuchtrohr des Biolar von hinten eingefuehrt. Der auessere Messingzylinder hat eine kleine Spange ausgeschnitten mit der der Traeger im Leuchtrohr fixiert wird. Innen liegt ein Federmechanismus der den innersten Zylinder zentriert wenn man von aussen entsprechend einwirkt. Keine Stellschrauben. Ein einfacher Aluzylinder kann also den Traeger nicht ohne weiteres ersetzen.

Allerdings ist auch kein Platz um zB die Stromleitungen aussen am Leuchtrohr zu verlegen. Deshalb mein Wunsch nur die Osram Gluehlampe auszuwechseln. Die elektrischen Kontakte sollten beibehalten werden.

Bild 4:


Bild 5:

[JB]

Diese Bastelloesung sieht nachvollziehbar aus:

http://www.microscopy-uk.org.uk/mag/indexmag.html?http://www.microscopy-uk.org.uk/mag/artaug10/msr-lamps.html

Ich wuerde die alte Fassung meiner BA15d Osram benutzen um den elektrischen Kontakt herzustellen. Waermeableitung erfolgt ueber die Metallfassung des Osram-Sockels auf die Biolar-Fassung.

Was mir also fehlt ist ein (zylindrischer) Kuehlkoerper etwa der gleichen Groesse wie die Osram (2,5cm x 2 cm) mit glatter Vorderseite um die LED aufzukleben. Auf der Website oben wurde ein Stueck Blech genommen - ich weiss nicht ob das gross genug fuer eine 3W LED waere. Kennt jemand eine kommerzielle Quelle fuer einen geeigneten Kuehlkoerper (zylindrisch, etwa 2 cm Durchmesser)? Schwarzes Aluminium ist nicht schlecht, den koennte man mit Waermeleitkleber am Sockel befestigen. Kupfer oder Messing koennte man sogar festloeten.

Beste Gruesse,

Jon

[Nomarski]

Hallo Jon,

ich würde mich an deiner Stelle mal an den Klaus Herrmann wenden. Der kennt sich mit solchen Sachen aus und kann dir bestimmt helfen.

Viele Grüße
Bernd

[-JS-]

Hallo Jon,
bevor Du nun wieder einen neuen Problem-Baum anschleppst...
sei doch bitte so nett und gib kund, was Du denn (so ungefähr) ausgeben
möchtest.
Dein angedachter Ersatz für die Narva/Osram hat ja gut 8cm³
Masse, muss aber noch für die Zuleitungen zwei mal durchbohrt und es
müssen zwei isolierte Kontaktpunkte an der Unterseite eingebracht werden.
Ob das verbleibende bisschen Al dann noch ausreicht?
Nach wie vor bin ich der Meinung, dass ein Vollkörper wie beschrieben
einfacher wäre. Eventuell notwendige Zentrierarbeiten lassen sich einmalig sehr
leicht an der LED vornehmen, danach dürftest Du so für 5000 h Ruhe haben,
bestimmungsgemässe Strom- und Spannungsversorgung vorausgesetzt.

Gruß
Joachim

[Rawfoto]

Guten Morgen Jon

Bitte bedenke, es ist die Fläche an der die Wärme abgegeben werden kann und nicht die Masse die das Problem beim Kühlkörper löst. Voraussetzung ist natürlich einen Verteilung der Wärme zu den Oberflächen mit einem möglichst geringen Wärmewiderstand ...

Liebe Grüße aus Wien

Gerhard

[Nomarski]

Moin,

Dein angedachter Ersatz für die Narva/Osram hat ja gut 8cm3
Masse, muss aber noch für die Zuleitungen zwei mal durchbohrt und es
müssen zwei isolierte Kontaktpunkte an der Unterseite eingebracht werden.
Ob das verbleibende bisschen Al dann noch ausreicht?
Nach wie vor bin ich der Meinung, dass ein Vollkörper wie beschrieben
einfacher wäre. Eventuell notwendige Zentrierarbeiten lassen sich einmalig sehr
leicht an der LED vornehmen, danach dürftest Du so für 5000 h Ruhe haben,
bestimmungsgemässe Strom- und Spannungsversorgung vorausgesetzt.

Dem muß ich nun mehr oder weniger beipflichten, besonders wenn dann auch mal für längere Zeit mit höhrerer Lichtintensität gearbeitet werden soll, um mal zu untersuchen, wie kurz man mit der Kamera oben dran dann so belichten kann. Das Auswechseln einer überhitzten LED dauert dann jedenfalls erfahrungsgemäß länger als eine tausendstel Sekunde.

Und ich denke auch, daß man in dem Fall auf die Zentriermöglichkeit der Originalfassung verzichten kann, wenn man die LED mittig am Ersatz-Alukolben befestigt.

Viele Grüße
Bernd

[JB]

Hallo,

Vielen Dank fuer Eure Hinweise!

Der derzeitige Kuehlkoerper (gekauft fuer 80 Cent) kuehlt muehelos die LED wenn sie mit etwa 0.5 - 1W getrieben wird - ausreichend fuer Hellfeld und Phasenkontrast. Aber wie Ihr schon sagt, brauche ich fuer den 3W-Betrieb deutlich mehr Oberflaeche als jetzt. Ein Vollkoerper waere natuerlich ideal aber der Zentralzylinder der derzeitigen Fassung ist so komplex aufgebaut, dass ich einen Alu-Drehkoerper aus Kostengruenden im Moment noch nicht in Erwaegung ziehe. Dazu muss ich erst mit meinem Selbstbau scheitern. Ich hoffe ich zeige mich nicht als zu beratungsresistent!

Mein naechster Versuch wird deshalb ein Kuehlkoerper angeklebt an eine Osram-Basis, in der Hoffung, dass genug Waerme ueber den Lampensockel abgeleitet werden kann. Dies ist der einzige passende Kuehlkoerper den ich bisher finden konnte: http://www.led-tech.de/de/High-Power-Zubehoer/Kuehlkoerper/Massiver-Alu-Kuehlkoerper-fuer-LT-662-LT-888_106_114.html

P.S. Was denkt Ihr ueber meine Wahl der Cree XR-E als LED (http://www.led-tech.de/de/High-Power-LEDs-Cree/CREE-XR-Serie/CREE-XR-E-7090-Q5-Emitter-LT-1144_120_77.html) ? Gibt es eine bessere Wahl fuer eine 3W LED?

Mit freundlichen Gruessen,

Jon

[Bastian]

Hallo Jon,
das sieht doch gut aus. Einzig die Ableitung der Wärme vom Alu-Kühlkörper zur Fassung, und noch (viel schlechter) von der Fassung zum Lampengehäuse bereitet mir etwas Sorgen. Allerdings nicht so viele, als dass man das nicht einfach ausprobieren sollte. Bei einer 3W LED, sollte das im Rahmen bleiben. Du kannst ja mal die LED auf den (gekürzten) Kühlkörper befestigen (mit Wärmeleitpaste/Kleber) und die LED unter Vollast eine Stunde laufen lassen. Dann hast du zumindest einen schnell&dreckig Test gemacht, und weißt ob Du Dir den weiteren Umbau antun sollst oder nicht.

Vielleicht hast Du ja noch irgendwo ein Digitalthermometer, dann könntest du mal die Platine neben dem Emitter messen, und aus dem Datenblatt der LED die Effizienz ableiten.

Zur LED selber kann ich nicht viel sagen, da ich diese noch nicht verbaut habe. Aber das Licht wird eher auf der  kalten Seite sein...

Viel Spaß,
Bastian

[Nomarski]

Hallo Jon,

Mein naechster Versuch wird deshalb ein Kuehlkoerper angeklebt an eine Osram-Basis, in der Hoffung, dass genug Waerme ueber den Lampensockel abgeleitet werden kann. Dies ist der einzige passende Kuehlkoerper den ich bisher finden konnte: http://www.led-tech.de/de...T-662-LT-888_106_114.html

Kein schlechter Ansatz, aber beim Übergang in den Lampensockel, aus dem der Glaskolben entfernt wurde, müßte der Querschnitt dann wieder rund sein anstatt so Sternförmig, um den flächigen Kontakt zu bewerkstelligen.
Du kannst also wählen zwischen Stückeln und einem Vollkörper, der mit entsprechenden Kühlrippen versehen wird, wie es Bastian bereits gezeigt hat.
Und wie gut sich die Wärme vom Sockel auf die Fassung übertragen kann, hängt außerdem noch von der Passung ab.

Viele Grüße
Bernd

[JB]

Hallo Bastian,

Gute Idee. So einen Schnelltest werde ich machen.

Als LED meinte ich eigentlich diese hier http://www.led-tech.de/de/High-Power-LEDs-Cree/CREE-XR-Serie/CREE-XR-E-7090-Q4-Emitter-LT-1530_120_77.html  in neutral-weiss; die neutralweissen Cree scheinen das ausgeglichenste Farbspektrum zu haben.

Der Chip ist recht gross - die LED eignet sich ganz gut. Aber ich wollte mal sehen ob es im Hinblick auf Chipgroesse und Abstrahlwinkel (hier: 90 Grad) nicht noch eine bessere Wahl gibt.

Beste Gruesse,

Jon

[JB]

Hallo Bernd,

"aber beim Übergang in den Lampensockel, aus dem der Glaskolben entfernt wurde, müßte der Querschnitt dann wieder rund sein"

Da plane ich mit der Metallfeile den Alu-Kuehlkoerper in Form zu bringen und buendig in die Fassung zu stecken. Der Durchmesser des Osram-Sockels betaegt 14 mm.

Jon

[Bastian]

Jon,
ohne mich in Bernd's Beitrag einmischen zu wollen..
Ich glaube Bernd meint (ich schließe mich da übrigens an) dass, selbst wenn Du den Teil der im Sockel steckt mit der Feile bearbeitest, du trotzdem noch einen sternförmigen Querschnitt hast, bei dem vielleicht nur die Hälfte der möglichen Anlagefläche erreicht werden kann. Wenn Du feilst ist außerdem die Passung eher ungenau (:
U.U. ist der Übergang auch garnicht notwendig, je nachdem wieviel Wärme vom Kühlkörper abgestrahlt wird, bzw wieviel "kältere Luft" an Deinem Kühlkörper vorbei streicht...
Aber es ist müßig das jetzt weiter zu theoretisieren, Du wirst sehr schnell merken ob es funktioniert oder nicht.

Schönen Sonntag noch,
Bastian