Kühlkörper und Kühlbleche gibt es in den unterschiedlichsten Ausführungen und Formen. Teilweise werden auch unterschiedliche Farben verwendet. Am häufigsten sind die Kühlkörper und Kühlbleche schwarz lackiert. Warum ist das so?
Die richtige Antwort
Schwarze Körper geben am meisten Wärmestrahlung ab. Sie nehmen auch am meisten Wärmestrahlung auf. Und genau diesen Effekt der sehr schnellen Wärmeaufnahme und -abfuhr macht man sich bei der Kühlung von Schaltkreisen, Transistoren, Spannungsreglern und Prozessoren zu Nutze.
Diese Erklärung ist stark vereinfacht. Man beachte die tiefergehenden Ausführen in den Kommentaren!
.
Ein schwarzer Koerper ist der bessere Waermestrahler als ein heller. Es geht hierbei um relativ niedrige Temperaturen, also um langwelliges Infrarot.
Manche Leute denken, dass diese Eigenschaft keine Rolle spielt, wenn mittels Luftkonvektion gekuehlt wird. Das stimmt nicht. Die den Kuehlkoerper umgebende Luft wird durch bessere IR-Strahlung leichter erwaermt und dies beguenstigt das Aufsteigen der Luft und somit die natuerliche Konvektion und Waermeabfuhr. Bei aktiver Kuehlung mittels Geblaese mag die schwarze Farbe eine eher untergeordnete Rolle spielen.
Gruss
Thomas 🙂 🙂 🙂
Etwa das gleiche wollte ich auch antworten, da das Wesentliche aber schon geschrieben steht, brauch ich es nicht nochmals zu wiederholen.
> Ein schwarzer Koerper ist der bessere Waermestrahler als ein heller.
ja das stimmt. siehe auch im Wikipedia unter Stefan Boltzmann Gesetz, http://de.wikipedia.org/wiki/Stefan-Boltzmann-Gesetz
Einen idealen schwarzen Strahler gibt es aber nicht (vollständige absorption über alle Wellenlängen), da spricht man dann von grauen Strahlern bzw. Lambert Strahlern.
Man sollte daher folgendes beachten :
schwarz ist nicht gleich schwarz !!!
Was im sichtbaren Spektrum des Lichtes schwarz erscheint, kann für infrarote Strahlung praktisch durchlässig sein und umgekehrt.
Allgemein gilt, das die Absorption und Emmission von Strahlung miteinander einhergeht.
Das heisst die Beschichtung des Kühlkörpers muss für das relevante Infrarotspektrum schwarz sein, nicht nur im sichtbaren Bereich !
In einfachen Worten gesagt : es ist NICHT egal welche Farbe / Eloxierung / etc. verwendet wird. Entscheidend ist das Verhalten im Infrarotbereich.
Aus leidvoller Erfahrung in einem anderen Projekt kann ich euch sagen das manche Beschichtungen die im sichtbaren Bereich schwarz erscheinen, für IR praktisch durchlässig sind. Eine solche Beschichtung emittiert dann deutlich weniger IR als erwünscht.
mit freundlichen Grüßen aus Wien
Ing. Robert Nowotny
PS : übrigens waren beide Physiker (Josef Stefan und Ludwig Boltzmann) Österreicher – also keine Ösi Witze bitte 😉
Hallo Herr Nowotny,
hierzu habe ich noch ein für mich interessante Frage:
Schwarze Flächen absorbieren im allgemeinen Licht und erwärmen sich dadurch. Bringt dann das richtige Färben des Kühlkörpers genügend Wärmestrahlung wenn er an einem heißen Sommertag betrieben wird und gleichzeitig absorbiert?
Welcher Effekt wirkt sich mehr aus?
Vielleicht können Sie mir hierzu ein paar Infos geben.
Vielen Dank
W.Herz
Robert Nowotny hat geschrieben:
> > Ein schwarzer Koerper ist der bessere Waermestrahler als ein heller.
> ja das stimmt. siehe auch im Wikipedia unter Stefan Boltzmann Gesetz,
> http://de.wikipedia.org/wiki/Stefan-Boltzmann-Gesetz
>
> Einen idealen schwarzen Strahler gibt es aber nicht (vollständige absorption über alle
> Wellenlängen), da spricht man dann von grauen Strahlern bzw. Lambert Strahlern.
>
> Man sollte daher folgendes beachten :
>
> schwarz ist nicht gleich schwarz !!!
>
> Was im sichtbaren Spektrum des Lichtes schwarz erscheint, kann für infrarote Strahlung
> praktisch durchlässig sein und umgekehrt.
>
> Allgemein gilt, das die Absorption und Emmission von Strahlung miteinander einhergeht.
>
> Das heisst die Beschichtung des Kühlkörpers muss für das relevante Infrarotspektrum
> schwarz sein, nicht nur im sichtbaren Bereich !
>
> In einfachen Worten gesagt : es ist NICHT egal welche Farbe / Eloxierung / etc. verwendet
> wird. Entscheidend ist das Verhalten im Infrarotbereich.
>
> Aus leidvoller Erfahrung in einem anderen Projekt kann ich euch sagen das manche
> Beschichtungen die im sichtbaren Bereich schwarz erscheinen, für IR praktisch durchlässig
> sind. Eine solche Beschichtung emittiert dann deutlich weniger IR als erwünscht.
>
> mit freundlichen Grüßen aus Wien
>
> Ing. Robert Nowotny
>
> PS : übrigens waren beide Physiker (Josef Stefan und Ludwig Boltzmann) Österreicher –
> also keine Ösi Witze bitte 😉
Wolfgang Herz hat geschrieben:
> Hallo Herr Nowotny,
>
> hierzu habe ich noch ein für mich interessante Frage:
Schwarze Flächen absorbieren im allgemeinen Licht und erwärmen sich dadurch. Bringt dann das richtige Färben des Kühlkörpers genügend Wärmestrahlung wenn er an einem heißen Sommertag betrieben wird und gleichzeitig absorbiert? Welcher Effekt wirkt sich mehr aus? Vielleicht können Sie mir hierzu ein paar Infos geben.
Sehr geehrter Herr Herz,
die Abstrahlung und Absorption ist nicht für alle Wellenlängen gleich.
Wenn die Beschichtung z.Bsp. im sichtbaren Licht alles absorbiert, aber im IR Spektrum nichts abgibt, so wird sich der Körper scheller als erwartet erwärmen.
Die ideale Beschichtung für Kühlkörper wäre somit im sichtbaren Spektrum weiss (also es wird alles reflektiert), im IR Spektrum kommt es auf die Zieltemperatur des Kühlkörpers und die eingestrahle Wärme in diesem Spektrum an.
Für Wärmekollektoren wäre die ideale Beschichtung im sichtbaren Spektrum schwarz, im IR Spektrum kommt es drauf an welche Temperatur der Kollektor erreichen soll.
Die abgestrahle Wärmemenge bzw. Strahlungsleistung hängt mit der Temperatur des Körpers zusammen, und mit der Absorptions = Emissionsfähigkeit der Beschichtung bei dieser IR Wellenlänge.
Ok, nehmen wir mal an, wir hätten eine Beschichtung die alle sichtbaren Wellenlängen reflektiert. Es gilt jetzt zu beurteilen ob die anzubringende Beschichtung IR reflektieren soll oder nicht :
Bei gegebener Zieltemperatur des Körpers kann nun berechnet werden, wieviel IR abgestrahlt werden kann. Ist der Wärmeeintrag der Sonne bei dieser Wellenlänge grösser als die abgestrahlte Wärme, so ist es besser eine für IR reflektierende Schicht zu haben.
Ist die Abstrahlung grösser als die durch die Sonne eingebrachte Wärmemenge, so ist es besser eine für IR schwarze Beschichtung aufzutragen.
Am Küchentisch lässt sich so was nur bedingt professionell lösen.
Sie können z.Bsp. empirisch die Eignung einer Beschichtung für Ihre Anwendung ermitteln, indem Sie in den Kühlkörper die gewünschte Verlustleistung einbringen, und dann die Oberflächentemperatur für jede zur Verfügung stehende Beschichtung messen. (natürlich unter Sonneneinstrahlung wenn Sie diesen Fall beleuchten wollen).
mit freunlichen Grüßen
Ing. Robert Nowotny
PS : was ist der Unterschied zwischen Ing. und Dipl.Ing. ?
Der Ing. hats gelernt, der Dipl.Ing. nur studiert 😉
Robert Nowotny hat geschrieben:
> Was im sichtbaren Spektrum des Lichtes schwarz erscheint, kann für infrarote Strahlung
> praktisch durchlässig sein und umgekehrt.
Richtig, es gibt schliesslich IR-Sensoren in sehr dunklen, ja fast schwarzen Gehaeusen. Dies um das sichtbare Licht zu filtern und IR-Bereiche durchzulassen.
> Allgemein gilt, das die Absorption und Emmission von Strahlung miteinander einhergeht.
Wenn dem so ist, ist aber schwarz eloxiertes Alu recht gut geeignet.
> Das heisst die Beschichtung des Kühlkörpers muss für das relevante Infrarotspektrum
> schwarz sein, nicht nur im sichtbaren Bereich !
Ja, das ist klar.
> PS : übrigens waren beide Physiker (Josef Stefan und Ludwig Boltzmann) Österreicher –
> also keine Ösi Witze bitte 😉
Was bedeutet das, wenn ein Oesterreicher einen besonders dicken Bauch hat? 🙂 🙂 🙂 🙂 🙂 🙂 🙂 🙂 🙂 🙂 🙂 🙂 🙂 🙂 🙂
Gruss
Thomas 🙂 🙂 🙂
> > Allgemein gilt, das die Absorption und Emmission von Strahlung miteinander einhergeht.
>
> Wenn dem so ist, ist aber schwarz eloxiertes Alu recht gut geeignet.
>
Besser sollte es heissen : Allgemein gilt, das die Absorption und Emmission von Strahlung BEI EINER BESTIMMTEN WELLENLÄNGE miteinander einhergeht.
Ich SEHE aber nur das die Beschichtung im sichtbaren Spektrum absorbiert (also schwarz ist). Wie es im relevanten IR Spektrum aussieht (insbesondere bei der Wellenlänge die das Kühlblech bei der gewünschten Temperatur emittiert) kann ich nicht mit Sicherheit sagen.
Ich nehme an die Hersteller der Kühlbleche haben (vielleicht aber auch nicht) sich etwas überlegt dabei. Oft sind solche Lösungen aber ein Kompromiss aus Produktionskosten und Nutzen. Das heisst aber nicht im Umkehrschluss das es keine bessere Beschichtung gäbe.
Wenn es wer messen will : man könnte entsprechend präparierte Kühlbleche unter Vakuum (im verdunkeltem Raum) testen. Wenn man die Zieltemperatur des Bleches konstant hält, ist die eingebrachte Wärme (z.Bsp. über Heizwiderstände) gleich der Strahlungswärme die abgegeben wird. (Die Konvektion wird durch die Vakuumglocke ausgeschaltet).
Kleine Messfehler eingebaut – die Vakuumglocke strahlt zurück, je nach Material ….
Was ich eigentlich sagen will : irgendein schwarz tuts nicht. Es muss im IR Bereich schwarz sein. Und im Bezug zur Frage von Herrn Herz bei allen anderen Wellenlängen weiss (Stichwort Sonneneinstrahlung)
mfg
Ing. Nowotny
Hallo Robert!
Robert Nowotny hat geschrieben:
> > > Allgemein gilt, das die Absorption und Emmission von Strahlung miteinander
> einhergeht.
> >
> > Wenn dem so ist, ist aber schwarz eloxiertes Alu recht gut geeignet.
> >
>
> Besser sollte es heissen : Allgemein gilt, das die Absorption und Emmission von Strahlung
> BEI EINER BESTIMMTEN WELLENLÄNGE miteinander einhergeht.
Jaja, das habe ich auch so verstanden. Du gibst Dir sehr grosse Muehe und ich verstehe Dich. Was ich aber versuche, ist die Diskussion etwas auf die praktische Ebene zu ziehen.
Ein praktisch arbeitender Elektroniker, auch Elektronik-Entwickler, hat wenig den Bedarf, selbst Kuehlkoerper thermisch bezueglich Strahlungseigenschaft grauer Koerper zu testen. Es interessiert ihn, wie Du andeutest, was der Kuehlkoerperhersteller diesbezueglich dem Kunden anbietet.
> Ich SEHE aber nur das die Beschichtung im sichtbaren Spektrum absorbiert (also schwarz
> ist). Wie es im relevanten IR Spektrum aussieht (insbesondere bei der Wellenlänge die das
> Kühlblech bei der gewünschten Temperatur emittiert) kann ich nicht mit Sicherheit sagen.
Das kommt da doch auch noch auf die Selektivitaet (Bandbreite) der IR-Strahlung an, oder? Ist diese IR-Frequenz-Bandbreite sehr klein, strahlt der optisch schwarze Koerper (IR = grauer Koerper) mit unterschiedlicher Intensitaet bei unterschiedlicher Temperatur des Kuehlkoerpers, weil je hoeher die Temperatur des Kuehlkoerpers, um so hoeher die Mittenfrequenz der Bandbreite des abgestrahlten IR. Ich denke, dass dieser Effekt nur dann signifikant in Erscheinung tritt, wenn die abgestrahlte IR sehr schmalbandig ist. Was kannst Du dazu aussagen?
> Ich nehme an die Hersteller der Kühlbleche haben (vielleicht aber auch nicht) sich etwas
> überlegt dabei. Oft sind solche Lösungen aber ein Kompromiss aus Produktionskosten und
> Nutzen. Das heisst aber nicht im Umkehrschluss das es keine bessere Beschichtung gäbe.
Ich mache vieleicht die FISCHER-ELEKTRONIK auf diese Diskussion aufmerksam, vielleicht meldet sich von denen jemand zum Wort.
http://www.fischerelektronik.de/
> Was ich eigentlich sagen will : irgendein schwarz tuts nicht. Es muss im IR Bereich
> schwarz sein.
Ja, ich denke, das hat man kapiert und es ist auch logisch nachvollziehbar.
Uebrigens, ich erlaube mich Dich zu duzen, weil das ist in diesem ELKO-Forum genau so ueblich wie im Elektronik-Forum ‚de.sci.electronics‘ des UseNet des Internet.
Gruss
Thomas 😀 😀 😀
.
.
Oeffentliche E-Mail an FISCHER-ELEKTRONIK GmbH
.
.
Sehr geeherte Fischer Elektronik,
Im Diskussionsforum des ELELKTRONIK-KOMPENDIUM „das ELKO“ findet zur Zeit eine Diskussion betreffs Wirksamkeit der schwarz-eloxierten Beschichtung, bezueglich Infrarot-Strahlung, statt.
Es waere eine Bereicherung fuer die Diskussion und zusaetzlich auch eine Werbung fuer „Fischer Elektronik GmbH“, wenn sich ein Physiker oder sonst jemand, der zu diesem Thema etwas dazu beitragen kann, in die Diskussion einschaltet.
Vielen Dank zum Voraus.
Ich erlaube mir diese E-Mail an Sie in den Thread der Diskussion zwecks allgemeiner Information zu stellen.
Sie finden diese Dikussion in diesem Link:
„Warum sind Kühlkörper und Kühlbleche meistens schwarz?“
http://www.elektronik-kompendium.de/service/news/Eintrag/1747
Link von „das ELKO“:
http://www.elektronik-kompendium.de/
Freundliche Gruesse
Thomas Schaerer
—
Meine Elektronik-Kurse im ELKO:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/
EMG-Spezial (PPS):
http://www.isi.ee.ethz.ch/teaching/pps/emg_biofeed/
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/emg_pps.htm
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/emg1.htm
—————————————————————-
Mein ELKO-Buch ueber Opamp, OTA und Instumentation-Amplifier:
http://www.elektronik-kompendium.de/shop/buecher/
operationsverstaerker-und-instrumentationsverstaerker
================================================================
Hallo,
hier findet man weitere Informationen zum IR-Spektrum, schön aufbereitet :
http://www.temp-web.de/cms/front_content.php?idcat=234
Interessant ist das nicht nur die Farbe, sondern auch die Rauhigkeit einen Einfluss hat.
Ein schwarz glänzender, polierter Körper strahlt weniger als ein rauer Körper.
Liebe Grüsse aus Wien
Ing. Robert Nowotny
PS : ist ja wie bei Ikea hier 😉
Hallo,
hier noch eine Tabelle der Emmissionsfaktoren für verschiedene Materialien.
Sehr interessant sich mal die Werte anzusehen.
http://www.omega.de/pdf/ir-book/ti1008.pdf
mfg
Ing. Robert Nowotny, Wien
Hallo zusammen,
warum sind dann aber bitte alle Heizkörper weiß? Diese haben doch die gleiche Aufgabe wie Kühlkörper, und zwar Wärme abgeben.
Gruß