Eine Tauchleuchte funktioniert gleichzeitig in der besten und schlechtesten verfügbaren thermischen Umgebung. Wasser leitet Wärme weitaus effektiver ab als Luft, und ein dichtes Gehäuse bietet der Wärme nahezu keinen Weg, dorthin zu gelangen. Jede Entscheidung darüber, wie eine Tauchleuchte gebaut wird, ist eine Entscheidung über diesen Widerspruch.
Ein abgedichtetes Gehäuse ist ein thermisches Problem, bevor es ein Dichtungsproblem ist
Abdichtung und thermisches Design wirken in entgegengesetzte Richtungen. Eine dickere Wand dichtet zuverlässiger ab und erhöht den Widerstand gegen den Wärmefluss. Vergussmasse schützt die Elektronik vor Wasser und kapselt sie außerdem ein, so dass die Wärme durch sie hindurch fließen muss. Eine abnehmbare Abdeckung, um den Fahrer zu erreichen, bedeutet eine Kompressionsdichtung, und eine Kompressionsdichtung ist die Verbindung, die mit der Zeit am wahrscheinlichsten undicht wird.
Das Ergebnis ist, dass es sich bei einer Tauchleuchte nicht um eine versiegelte Leuchte mit angeschraubtem thermischen Problem handelt. Es handelt sich um ein thermisches Design mit Dichtungsanforderungen, aus denen sich die Gehäusegeometrie, die Wandstärke, das Material und die interne Befestigungsmethode ergeben.
Für einen Käufer ist dies der Grund, warum sich zwei Leuchten mit derselben LED-Anzahl und derselben Wattzahl über einen Zeitraum von fünf Jahren unterschiedlich verhalten können. Der Würfel verhält sich identisch. Der Unterschied besteht darin, wie schnell die Hitze es verlässt.
Der Wärmepfad, Schritt für Schritt
Die Wärme einer LED breitet sich entlang einer Kette aus, und jede Stufe in der Kette hat einen thermischen Widerstand. Die Summe bestimmt die Sperrschichttemperatur.
Der vom LED-Hersteller festgelegte Übergang zum Gehäuse
Das Package wird durch die Lötstelle und das Pad-Design auf die Platine fixiert
Die Bindung der Platine an das Gehäuse erfolgt durch das Schnittstellenmaterial und den Anpressdruck
Durch die Gehäusewand, festgelegt durch das Material und seine Dicke
Von der Gehäuseoberfläche ins Wasser, vorgegeben durch die Oberfläche und die Wasserbewegung
In den Schritten drei und vier hat ein Hersteller den größten Einfluss, und in Schritt drei verschenken billige Designs am meisten. Eine Metallkernplatte, die an eine bearbeitete Fläche geklemmt ist, leitet Wärme gut weiter. Die gleiche Platine, die auf einer lackierten Oberfläche ohne Schnittstellenmaterial sitzt, überträgt es schlecht, und der Unterschied zeigt sich in einer höheren Sperrschichttemperatur bei gleicher Leistung.
Schritt fünf gehört zur Installation und nicht zum Produkt, weshalb eine Armatur in zwei Becken gleicher Größe unterschiedlich funktionieren kann. Mehr dazu weiter unten.
Warum Wasser nicht nur ein guter Kühlkörper ist
Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist um ein Vielfaches höher als die von Luft, und dieser Vergleich wird zitiert, als ob er die Frage klären würde. Dies ist nicht der Fall, da die Leitung ins Wasser von der Bewegung des Wassers abhängt.
Wasser bildet bei Kontakt mit einer warmen Oberfläche eine Grenzschicht, die diese isoliert. In stillem Wasser wird diese Schicht dicker und die Wärmeübertragung nimmt ab. In fließendem Wasser wird es ständig weggespült und die Wärmeübertragung bleibt hoch. Eine Armatur in einem Teich ohne Zirkulation und die gleiche Armatur in einem Springbrunnenbecken mit laufender Pumpe sind zwei unterschiedliche thermische Anlagen.
Im Service spielen drei weitere Effekte eine Rolle:
Eingeschlossene Luft. Eine Vorrichtung, die unter einer Kante montiert ist oder deren Vorderseite nach unten geneigt ist, kann eine Luftblase an ihrer Oberseite halten. Luft ist ein Isolator und die Tasche ist über dem Wasser unsichtbar.
Einlagen. Biofilm, Algen und Kalkablagerungen haben alle eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Ein Gehäuse mit sichtbarer Beschichtung ist ein Gehäuse, das einen Teil seiner Kühlung verloren hat.
Sediment. Eine halb-im Schlamm vergrabene Armatur in einem selten gereinigten Becken hat den größten Teil der Oberfläche verloren, für die sie vorgesehen war.
Es handelt sich hierbei nicht um Herstellungsfehler. Dabei handelt es sich um Betriebsbedingungen, und eine Spezifikation, die davon ausgeht, dass sauberes Wasser bewegt wird, sollte dies auch sagen, denn auf dieser Annahme basierte das thermische Design.
Tj, Tc und warum Sie die Gehäusetemperatur messen können
LED-Hersteller geben eine maximale Sperrschichttemperatur an, die je nach Gehäuse normalerweise etwa 125 oder 150 Grad beträgt. Die Verbindungsstelle befindet sich innerhalb des Chips und kann nicht direkt in einer fertigen Leuchte gemessen werden.
Was gemessen werden kann, ist die Gehäusetemperatur, und die Hersteller stellen für ein bestimmtes Design die Beziehung zwischen beiden her. Aus diesem Grund werden LM-80-Berichte bei bestimmten Gehäusetemperaturen und nicht bei einem Umgebungswert ausgeführt: Die Gehäusetemperatur ist die Randbedingung, die das Laborergebnis mit dem tatsächlichen Produkt verknüpft.
Zwei Konsequenzen für Käufer:
Wenn ein Lieferant einen Lichtstromerhaltungswert angibt, fragen Sie, bei welcher Gehäusetemperatur diese gemessen wurde und wie sich diese mit der Gehäusetemperatur der fertigen Leuchte im Betrieb verhält.
Wenn Sie ein Gerät spezifizieren, beschreiben Sie den Betriebszustand und nicht nur die elektrischen Anforderungen. Der Wassertemperaturbereich, der Durchfluss und die Frage, ob das Gerät jemals Luft ausgesetzt ist, sind die Faktoren, von denen das thermische Design abhängt.
Normalerweise ist der Treiber das Erste, was ausfällt
Das LED-Paket ist robust und vorhersehbar. Das Netzteil ist keines davon, denn es enthält Elektrolytkondensatoren, deren Lebensdauer sich bei etwa zehn Grad Temperaturanstieg halbiert.
In einer Tauchleuchte sitzt der Treiber an der schlechtesten verfügbaren Stelle: abgedichtet, ohne Luftzirkulation, oft neben den LEDs, die er ansteuert. Ein Fahrer in dieser Position ist ein Verschleißteil mit einer Lebensdauer, kein fester Bestandteil.
Dies ist das stärkste Argument für die Trennung der beiden. Eine Konstruktion, bei der sich der Treiber außerhalb des Wassers befindet, auf der trockenen Seite in einem belüfteten Gehäuse oder einem Technikraum, verlagert die temperaturempfindlichste Komponente aus der schlechtesten thermischen Umgebung und ändert den Fehlermodus des gesamten Systems.
Wenn der Treiber integriert werden muss, stellt sich in der Praxis die Frage, ob die Leuchte für den Austausch geöffnet werden kann und ob es sich bei dem Austausch um ein Lagerteil handelt. Bei einer versiegelten Einheit mit einem ausgefallenen Treiber handelt es sich um einen kompletten Geräteaustausch, und die Kosten hierfür werden hauptsächlich durch den Zugang bestimmt.
Trockenlauf: Was passiert, wenn die Pumpe stoppt und die Lichter an bleiben?
Eine Tauchleuchte ist mit Wasser auf der anderen Seite des Gehäuses ausgestattet. Entfernen Sie das Wasser und die letzte Stufe des Wärmepfads wird durch Luft ersetzt, die als Leiter etwa zwanzigmal schlechter und ohne Konvektion in einem geschlossenen Becken unendlich schlechter ist.
Die Konsequenzen treten in einer definierten Reihenfolge ein:
Die Gehäusetemperatur steigt und damit auch die Sperrschichttemperatur
Die Lichtausbeute sinkt, da die LED-Effizienz mit zunehmender Erwärmung des Chips sinkt
Farbverschiebungen, da die Kanäle unterschiedlich schnell driften
Die Kondensatoren des Treibers altern schneller
Durch thermische Belastung wird die Dichtung beschädigt, und die Dichtung ist der nächste Fehler
Eine Funktion, die bei ausgeschalteter Pumpe die Lichter einschaltet, führt dies jedes Mal durch. Es könnte die erste Staffel überleben. Die im Datenblatt beschriebene Lebensdauer wird jedoch nicht erreicht, da im Datenblatt ein anderer Zustand beschrieben wurde.
Bei der Abhilfe handelt es sich eher um eine Kontrollentscheidung als um eine Produktentscheidung. Verknüpfen Sie die Beleuchtung mit der Pumpe, damit die Beleuchtung nicht ohne Durchfluss betrieben werden kann, oder verwenden Sie eine Leuchte, deren thermisches Design Lufteinwirkung toleriert, und sagen Sie, welche der beiden in der Spezifikation zutrifft. Die dritte Option, ohne Fluss zu laufen und das verkürzte Leben zu akzeptieren, ist eine legitime kommerzielle Entscheidung, solange jeder im Gespräch weiß, dass es sich um die getroffene Entscheidung handelt.
Geben Sie den Betriebszustand in die Spezifikation ein, anstatt ihn allein abzuleiten, und wenn das Becken keinen Durchfluss garantieren kann, behandeln Sie die Verriegelung als Teil des elektrischen Umfangs und nicht als Betriebsanweisung.
Vergossen oder brauchbar: Der Kompromiss-im Klartext
Es dominieren zwei Baufamilien.
Vollständig eingetopft. Die Elektronik ist im Inneren des Gehäuses vergossen. Die Wärmeverteilung ist gut, die Abdichtung ist die robusteste auf dem Markt und es gibt keine inneren Verbindungen, die lecken könnten. Es ist auch nicht reparabel: Wenn der Treiber ausfällt, wird das Gerät ausgetauscht.
Versiegelt, aber öffenbar. Der Treiber und die Dichtung sind erreichbar. Ersatzteile und eine lange Lebensdauer sind möglich, und die Dichtungsaufgabe ist schwieriger, weil es eine Pressverbindung gibt, die korrekt hergestellt und nach jedem Eingriff wieder korrekt hergestellt werden muss.
Die Entscheidung, ob das Wasser abgelassen werden kann, liegt in der Regel bei Ihnen. Ein Pool, der jährlich geleert wird, kann eine eingetopfte Anlage akzeptieren, da der Austausch eher geplant als störend ist. Ein Becken, das niemals entleert wird, oder ein Pool, der ständig genutzt wird, sprechen für eine Armatur, deren Verschleißteile erreicht werden können, ohne einen Kubikmeter Wasser zu bewegen.
Was ein thermischer Test tatsächlich zeigt
Bei einer thermischen Prüfung einer Tauchleuchte handelt es sich nicht um eine einzelne Messung. Dabei handelt es sich um eine Reihe von Messungen, die durchgeführt werden, bis die Temperaturen nicht mehr ansteigen, und zwar unter Bedingungen, die angegeben werden müssen, damit das Ergebnis etwas aussagt.
Was Ihnen ein nützlicher Testbericht verschafft:
Die Wassertemperatur während des Tests und ob sie konstant gehalten wurde oder schwankte
Es ist bekannt, ob das Wasser stillstand oder zirkulierte und mit welcher Geschwindigkeit
Die Gehäusetemperatur am definierten Messpunkt und wo sich dieser Punkt befindet
Die während des Tests tatsächlich verbrauchte Leistung und nicht der Nennwert
Die Dauer und der Nachweis, dass der Steady State erreicht wurde
Im letzten Punkt werden beschleunigte Tests angezeigt. Eine Leuchte mit einem Gussmetallgehäuse hat eine beträchtliche thermische Masse und das Gehäuse erwärmt sich langsam. Bei einem Test, der nach 30 Minuten endet, wurde die Erwärmung des Gehäuses gemessen, nicht der Zustand, in dem das Gerät sechs Stunden lang stehen bleibt. Wenn in einem Bericht die Einweichzeit nicht angegeben ist, ist die darin enthaltene Gehäusetemperatur vorläufig.
Für einen Käufer ist der praktische Nutzen eines Wärmeberichts eher ein Vergleich als eine absolute Beurteilung. Zwei Lieferanten, die den gleichen beschriebenen Zustand testen, können miteinander verglichen werden. Zwei Anbieter, die eine einzelne Gehäusetemperatur ohne Testbedingungen angeben, sind überhaupt nicht vergleichbar.
Was ist anzugeben?
Schreiben Sie diese in die Spezifikation und das thermische Design muss anhand von etwas überprüft werden:
Der Wassertemperaturbereich im Betrieb, einschließlich der erwarteten kältesten und wärmsten
Ob sich das Wasser bewegt oder noch an der Position der Vorrichtung steht, und der angenommene Durchfluss
Ob die Armatur jemals ohne Wasser mit Strom versorgt werden kann und wenn ja, wie lange
Die maximale Lufttemperatur, wenn das Becken leer ist und die Leuchte direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist
Ob der Treiber integriert oder remote ist, und wenn remote, wo er installiert ist
Ob das Gerät betriebsbereit bleiben muss, wenn es nie entleert wird
Wo wir sitzen
Wir bauen Tauchleuchten mit entweder integriertem oder abgesetztem Treiber und geben den Betriebszustand an, den das thermische Design annimmt, anstatt ihn allein abzuleiten. Wenn die Beleuchtung eines Beckens unabhängig von der Pumpe betrieben wird, empfehlen wir eine Verriegelung und liefern die Verkabelungsdetails.
Wenn in Ihrem System Lichter ohne garantierten Wasserdurchfluss laufen, teilen Sie dies bereits in der Anfragephase mit. Eine IP68-Unterwasserleuchte und ein12V-BrunnenlichtEs gibt unterschiedliche thermische Fälle, und die Antwort ändert sich mit der Montage. UnserUnternehmensprofilbehandelt, wie wir mit Bewerbungsfragen umgehen.
FAQ
F: Laufen Unterwasserbeleuchtungen kühler, weil sie sich im Wasser befinden?
A: Nur wenn sich das Wasser bewegt. Stilles Wasser bildet eine isolierende Grenzschicht zum Gehäuse. Eine Armatur in einem Umwälzbecken und die gleiche Armatur in einem Stillbecken sind zwei unterschiedliche thermische Anlagen.
F: Was passiert, wenn ich die Brunnenbeleuchtung bei ausgeschalteter Pumpe betreibe?
A: Das Gehäuse verliert seinen Hauptwärmepfad. Die Gehäuse- und Sperrschichttemperaturen steigen, die Leistung und die Farbe weichen ab und die Kondensatoren des Treibers altern schneller. Wiederholter Trockenlauf verkürzt die Lebensdauer des Geräts und ist in den meisten Fällen nicht von der Garantie abgedeckt.
F: Ist eine vollständig vergossene Leuchte besser als eine wartungsfähige?
A: Es dichtet ab und verteilt die Wärme besser und kann nicht repariert werden. Ein Treiberausfall bedeutet also, dass das Gerät ausgetauscht werden muss. Ein wartungsfähiges Design ermöglicht einen Treiber- oder Dichtungswechsel, hängt jedoch davon ab, dass eine Kompressionsverbindung korrekt hergestellt wird. Die Wahl ergibt sich in der Regel daraus, ob das Wasser abgelassen werden kann.
F: Warum fallen LEDs aus, wenn die LEDs selbst für 50.000 Stunden ausgelegt sind?
A: Weil zuerst der Treiber ausfällt. Elektrolytkondensatoren verlieren schnell ihre Lebensdauer, wenn die Temperatur steigt, und in einer versiegelten Unterwasserhalterung sitzt der Fahrer in der heißesten verfügbaren Position.
F: Welche Temperaturangabe sollte in einer Spezifikation erscheinen?
A: Der Betriebszustand und nicht eine einzelne Zahl: Wassertemperaturbereich, ob sich das Wasser bewegt und ob das Gerät jemals ohne Wasser mit Strom versorgt werden kann. Das sind die Eingaben, auf denen das thermische Design basiert.
Überprüfung einer Trocken-Lauf- oder-Wasseranwendung
Teilen Sie uns den Pumpenplan, den Beckentyp und die Montageposition mit und wir sagen Ihnen, welches unserer Modelle für den Einsatzzweck geeignet ist und welches nicht.