Zusammenfassung/Bauanleitung 2. LED Workshop

  • Bauanleitung LED Modul inkl. Controller


    Ich möchte hier, auch für die nachfolgenden Workshops, die komplette Baueinleitung für ein LED-Modul und Anbindung/Programmierung des Controllers noch einmal zusammenfassen beschreiben.


    Natürlich sind alle Angaben ohne Gewähr, Bezugsquellen stellen keine Werbung für einen Anbieter dar, sondern lediglich eine Empfehlung. Verbesserungsvorschläge sind willkommen. Fehler sind nicht ausgeschlossen und werden umgehend korrigiert.


    Vorwort zum Thema LEDs


    LEDs halten Einzug in die verschiedensten Bereiche der Beleuchtungstechnik. Insbesondere im Bereich der Aquaristik wurde auf der diesjährigen InterZoo deutlich, dass diese Technik bei immer mehr Aquarianern Einzug hält. Doch was sind denn die Vorteile von LEDs?


    Oft wird die Energieersparnis als das Hauptargument für die LED Technik herangezogen, doch die Langlebigkeit der Leuchtmittel dürfte in vielen Fällen finanziell den größeren Faktor ausmachen. Insbesondere bei einem hohen Beleuchtungsbedarf können die Anschaffungskosten sich recht schnell amortisieren.


    Gute T5 Leuchtmittel haben eine Effizienz von ca. 90 Lumen/Watt, moderne High-Power-LEDs von Cree, wie die XM-L T6 (http://www.cree.com/~/media/Fi…nd%20Binning/XLampXML.pdf) erreichen bei 1 Ampere 388 Lumen, was bei einer Betriebsspannung von 3 V entsprechend 3 Watt sind. Somit erreichen diese LEDs ca. 130 Lumen/Watt und sind damit ca. 30% energiesparender als moderne T5 Leuchtmittel. Im Gegensatz zu T5 ist jedoch ein jährlicher Leuchtmittelwechsel nicht notwendig. Zwar büßen auch LEDs geringfügig Leistung über die Jahre ein, eine Betriebsdauer von 5-6 Jahren ist aber durchaus realistisch.


    PAR vs. Lumen


    Gemeinhin wird für den Vergleich von Lichtleistung der Wert in Lumen angegeben. Problematisch hierbei ist jedoch, dass für Aquarianer gar nicht die gesamte Lichtleistung interessant ist, sondern der für unsere Korallen effektive Beleuchtungsanteil für die Photosynthese (Photosynthetically Active Radiation, siehe http://de.wikipedia.org/wiki/P…etically_Active_Radiation).


    Dieser Wert ist jedoch bei entsprechenden LEDS jedoch höher, als bei HQI oder T5 Leuchtmitteln, so dass bei weniger Lumenzahl dennoch eine gleichwertige oder höhere Wirkung erzielt werden kann. So hat eine Cool White Cree LED z.B. einen PAR Wert von 198, eine HQI nur 178 (http://www.hereinspaziert.de/Sehlicht_2009/Ergebnisse.htm)



    LED benötigen Lüfter


    Auch High Power LEDs erzeugen Abwärme, die über geeignete Kühlkörper abgeführt werden muss. Je näher eine LED an ihre Betriebsgrenzen gebracht wird, desto mehr Wärme muss abgeführt werden und dazu ist ggf. auch ein Lüfter notwendig. Doch hier reichen herkömmliche PC Lüfter, die sehr leise und mit geringer Umdrehungszahl laufen, um die warme Luft vom Kühlkörper abzuführen.



    Spotwirkung und Kringeleffekt


    LEDs haben immer eine gewisse Spot-Wirkung, auch wenn die Abstrahlwinkel moderner LEDs bereits bei ca. 140° liegen. Doch diese Spot-Wirkung hat auch gewünschte Nebenwirkungen, wie der bei vielen beliebte „Kringel-Effekt“, der dem AQ einen natürlichen Effekt verleiht, wie man ihn auch beim Tauchen wahrnehmen kann.



    Aufbau


    Wir haben uns im Workshop für eine Mischung aus Hochleistungs-LEDs, kaltweiß der neuesten Generation von Cree entschieden. Diese gehören zu den derzeit leistungsfähigsten LEDs. Cree ist als LED Hersteller bekannt und wir erwarten von den LEDs eine hohe Langlebigkeit. Wie das in der Praxis aussehen wird, wird sich zeigen.


    Folgende LED – Typen wurden verbaut und von LED-Tech.de bezogen:


    Cree XM-L T6 Cool White (http://www.led-tech.de/de/High…Star-LT-1734_120_170.html)


    Cree XP-E K2 Blau(http://www.led-tech.de/de/High…tter-LT-1558_120_138.html allerdings mit Anfrage auf Star)


    Cree XP-E Royal Blau (http://www.led-tech.de/de/High…Star-LT-1716_120_138.html)


    Edixeon UV Emitter, leider derzeit bei LED-Tech nicht erhältlich


    RGB Emitter (vom Anbieter des Controllers)

  • Kühlkörper


    Wir haben Strangkühlkörper eingesetzt, die man z.B. bei eBay beziehen kann. Ggf. ist es sinnvoll, den Körper mit einer Edelstahlpolitur auf Hochglanz zu bringen und anschließend mit Glanzlack zu veredeln, um ein Anlaufen des Materials zu vermeiden.


    Hier ist ein Anbieter von Kühlkörpern in 50cmx25cm : http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAP…iewItem&item=270983861630


    Controller und Kanalbelegung


    LEDs benötigen einen konstanten Strom, der üblicherweise durch eine Konstantstromquelle bereitgestellt wird. Der von uns eingesetzte Controller (http://www.webtemp.org/index.p…ergang_daemmerung&lang=de) stellt 12 Konstantstromquellen zur Verfügung. Der maximale Ausgangsstrom pro Ausgang beträgt dabei 1200mA. Die Betriebsspannung beträgt 24V.


    Die LEDs werden von uns nicht am maximal möglichen Limit betrieben, so kann z.B. die XM-L T6 grundsätzlich bis zu 3A verkraften. Zu Gunsten der Langlebigkeit und Temperatur betreiben wir die LEDs im unteren bis mittleren Leistungsbereich.


    Es ist zu beachten, dass z.B. die XM-L bei 1,2A einen Spannungsabfall von ca. 3.2V hervorruft, so dass bei 24 Betriebsspannung maximal 7 LEDs in Reihe geschaltet werden können (entspricht einem Spannungsabfall von 22,4V). Die übrigen LEDs erzeugen einen Spannungsabfall von ca. 3.5V, weshalb wir hier pro Ausgang (Kanal) maximal 6 LEDs verbaut haben.


    Hier mal ein Beispiel-Aufbau für den Kühlkörper




    Die LEDs wurden auf „Star“ Platinen bezogen, diese dann mit Wärmeleitpaste auf die Kühlkörper aufgesetzt und verschraubt. Es ist auch Wärmeleitkleber möglich, die Frage ist nur, wie zuverlässig dieser auf lange Zeit hält (insbesondere in der feuchten Salz-Umgebung). Beim Verschrauben ist darauf zu achten, dass die Schraubenköpfe keinen Kurzschluss verursachen, indem sie mehrere Kontakte der Star Platine berühren. Hier würden wir im Nachgang auf Plastikschrauben ausweichen. Wichtig ist bei der Platzierung darauf zu achten, dass die notwendigen Bohrungen ZWISCHEN den Kühlrippen gemacht werden, da ein späteres Gewindeschneiden sonst zur Qual und hohem Verschleiß von Gewindeschneidern führt.


    Die Beschriftung der LED entspricht dem Format „NummerKanal“ also 1C wäre die 1. LED auf Kanal/Ausgang C des Controllers. Die LEDs werden dann über 0,5mm² oder 0,34mm² Kabel verbunden (jeweils + der einen LED wird mit – der anderen LED verbunden…)


    Als Zuleitung für den Controller wurde ein 16x0,34mm² Kabel verwendet. Bei der Wahl des Kabels ist darauf zu achten, dass der Querschnitt ausreichend groß gewählt wird, da zum einen das Kabel sonst überlastet werden könnte und zum anderen das Kabel einen Widerstand bildet, an dem Spannung abfällt. Und wie oben beschrieben, darf der gesamte Spannungsabfall 24V nicht übersteigen.


    Ein passendes Netzteil kann über diverse Quellen bezogen werden und sollte mindestens 150W Leistung bringen. z.B. http://www.reichelt.de/Schaltn…=0&OFFSET=16&;PROVID=2402


    Allerdings kann ich aus persönlicher Erfahrung das 200W Netzteil nicht empfehlen, da dies nicht passiv gekühlt ist und einen sehr lauten Lüfter hat, der für einen Wohnzimmerbetrieb nicht geeignet ist.


    Die Kanäle A-F wurden dabei folgendermaßen vom Controller-Hersteller konfiguriert. Prinzipiell ist eine Konfiguration der Ausgangsströme durch Wechsel von Widerständen auch nachträglich möglich, wird aber nicht empfohlen, da diese nur schwer zugänglich sind.



    Kanal A,B,C,D werden auf 1200mA für maximal je 7 Cree XM-L T6 konfiguriert


    Kanal E,F werden auf 500mA für maximal je 6 Cree XP-E K2 Blau konfiguriert


    Kanal G,H werden auf 500mA für maximal je 6 Cree XP-E Royal Blau konfiguriert


    Kanal I wird auf 500mA für maximal 6 Edixeon UV konfiguriert


    Kanal J wird auf 350mA für den Rot-Kanal des RGB Emitters konfiguriert


    Kanal K wird auf 350mA für den Grün-Kanal des RGB Emitters konfiguriert


    Kanal L wird auf 350mA für den Blau-Kanal des RGB Emitters konfiguriert




    Dabei werden die Kanale A,B,E,G,I,J,K,L für das erste Lampenmodul und C,D,F,H,I,J,K,L für das zweite Lampenmodul verwendet. Zu beachten ist, dass I,J,K,L gemeinsam genutzt werden, die entsprechenden LEDs der beiden Module also in Reihe geschaltet werden müssen.


    Die maximale Anzahl von XM-L T6 pro Kanal beträgt 7, bei den restlichen LEDs 6, wo auch hier ggf. auf 7 aufgestockt werden kann, da der Spannungsabfall ggf. niedriger ausfällt, als aus den Datenblättern abzulesen ist.


    Leistungswerte


    Im Wesentlichen tragen die XM-L T6 zur Leistung bei. Diese erzeugen ca. 450 Lumen/Stk. bei den konfigurierten 1,2A. In meinem Modulen sind je 10 Stk. verbaut, insgesamt also 20 Stk. so dass bei 100% Leistung mindestens 9000 Lumen erreicht werden können. Zählt man die RGB, Blau und Royal Blauen noch hinzu, erreicht man um die 10.000 Lumen. Maximal könnten jedoch 28 (7*4) XM-L T6 verbaut werden, was einer Leistung von von 12600 Lumen entsprechen würde.


    Optiken


    Wir haben auf den Einsatz von Optiken verzichtet, da diese eine zusätzliche Spotwirkung erzielen und wir eine gleichmäßige Ausleuchtung eines möglichst großen Bereiches erzielen wollen.



    Gehäuse und Verkabelung


    Auf den Kühlkörper wurden Vierkant-Plexiglasstäbe mit Silikon aufgeklebt und darauf dann eine Plexiglasplatte entweder verschraubt oder ebenfalls mit Silikon verklebt. Ich habe mich für Verkleben entschieden, da dadurch Wasserdichtigkeit gewährleistet ist und ich nicht davon ausgehe, in den nächsten Jahren eine LED tauschen zu müssen. Falls doch, werde ich das Silikon aufschneiden müssen, was wohl auch kein großes Problem darstellen wird.





    Für die Zuleitung haben wir ein 16*0,34mm² Kabel von Voelkner bezogen:

    http://www.voelkner.de/product…tronic-Liycy-16x0-34.html.


    Für den Controller und Display habe ich ein altes Gehäuse eines ISDN NTBA verwendet und mit dem Dremel bearbeitet. Das kann man sicherlich noch hübscher machen:



    Hier einige Bilder vom fertigen Ergebnis:



    Die XM-L T6 werden bei meinem Scubacube 165 auf ca. 40% betrieben, die Leistungsaufnahme liegt dann bei ca. 97W inkl. Versorgung für Netzteil, Controller und Display.


    Programmierung des Controllers


    Wie der Controller programmiert wird, werde ich in Kürze mit einem Fotobericht dokumentieren.

  • Hallo Timo,


    das Ergebnis kann sich doch echt sehen lassen. Sieht echt top aus :thumbup:
    Vielen Dank auch für die sehr ausführliche Bauanleitung. Davon werden sicherlich noch einige von uns profitieren.

  • Hoi


    Danke Super gemacht.


    Dann brauche ich ja nicht mehr weiter in meinem Thread drauf eingehen.


    Achso falls Interesse ,
    Bei LED- tech gibt es in etwa 2 Wochen einen neuen UV Ermitter, der ist direkt auf einer Star Platine und soll verbessert sein und günstiger.


    Grüße Sven

  • Hallo Timo


    Super dein Bericht. Wirklich toll beschrieben. Dann bleibt mir nur zu wünschen, dass die Lampe auch das hält was sie verspricht. :smilie:

    Beste Grüße
    Harald


    Freunde gibt es viele. Nur die Echten wird man erkennen.

  • Hallo


    Ich wollte mal etwas zum Thema Wärmeleitkleber sagen.


    Habe meine DIY Ledlampe nun seit gute 3 Jahre in Betrieb und bei einer Kühlertemperatur von ca 42* C kann ich optisch nichts gegen den Wärmeleitkleber sagen.


    Selbst bei einer defekten LED bekommt man sie super vom Kühlkleber ab.


    Würde persönlich auch wieder zum Kleber greifen, allein schon wegen der einfachen Beklebung.


    Sven

  • J

    Hallo


    Super Thread.. Ich würde wen du schon Cree nimmst Dan lieber u2 sind effizienter..Aber sonst super. :thumbup:


    Ja, das hast Du Recht, die hab ich aber erst in den Datenblättern gesehen, nachdem wir die T6 schon bestellt hatten.

  • Super Anleitung, vielen Dank.


    Ich denke, ich werde daher so nach und nach die einzelnen Teile besorgen können.


    Du meintest ja, du würdest nächstes Mal Kunstoffschrauben nehmen. Welche Größe sollten die denn haben, bzw. welche Lochgröße müsste man bohren?

  • Update:


    Nach weiteren Tests und auch einem Blick auf die Radion XR30 und Maxspect R420R, musste ich feststellen, dass nicht die ideale LED Konfiguration gewählt wurde.


    Die Anzahl der weißen XM-L T6 ist zu hoch gewählt, die Hälfte (ca. 4500 Lumen) hätte gereicht. Statt dessen muss die Zahl der Royal Blue erhöht werden, idealerweise hätte man hier die leistungsstärkeren XT-E gewählt (bei 1300mA) und/oder die XP-E statt auf 500mA auf 900mA laufen lassen, da laut Datenblatt für die Royal Blue ein Maxstrom von 1000mA angegeben wird.


    Mein Plan ist nun, 2 Kanäle der XM-T T6, konfiguriert auf 1200mA zu "opfern" und durch XT-R zu ersetzen. Außerdem wird der Anteil im 410nM Bereich erhöht, indem weitere UV oder alternative arctinisch blaue LEDs hinzugefügt werden.

  • Hallo Timo,


    vielen Dank für die Rückmeldung. Als ich die LED-Bestromung für den 4. und 5. Workshop dimensioniert hatte, habe ich bereits die Leistung der weißen LEDs reduziert und die Leistung der blauen LEDs der Leistung der weißen angepasst. Natürlich wollte ich auch nicht die blauen am Maximum betreiben, da dann die Lebensdauer stark reduziert wird.
    Die XT-E Royal Blue kann bis 1500mA betrieben werden. Diese wäre dann ein guter Kandidat als Ersatz für einen XM-L-Kanal. Der BlueTwiled-Controller kann keine 1300mA, nur 1200mA pro Kanal. Die volle Lebensdauer wird jedoch nur bis etwas 700mA zugeschrieben. Da muss man wohl einen Kompromiss eingehen zwischen Leistung und Lebensdauer.


    Mark und ich hatten versucht, LEDs im Bereich von 430 nm zu finden, aber kein Glück damit gehabt. Testweise haben wir 420nm LEDs bestellt und verbaut. Ich sehe mit dem Auge jedoch kaum einen Unterschied zu den UV mit 395-410nm, deshalb würde ich eher eine tiefblaue LED nehmen als Ergänzung.


    Ich bin gespannt auf Deinen Bericht nach dem Umbau! Wie die Entwicklung der LED-Lampen vor sich geht ist schon interessant!


    Gruß
    Sandy

  • Woher hast du die Info bzgl Lebensdauer bei 700mA. Bei LED Tech beziehen sich die Daten auf das schlechteste Maximum für ROt, Amber etc, weiß Blau und Royal jedoch können laut Cree bis 1000. Maxspekt betreibt die auf 895 mA

  • Hallo Timo,


    ich hatte bei der Cree XP-E diese Angabe gefunden (in den Specs auf Seite 13 unter Notes). Bei den neueren XT-E etwa haben sie diese Angaben ausgelagert in die LM80_Results.pdf. Dort habe ich eine Angabe gefunden von 1000mA für die weißen LEDs, die blauen stehen noch nicht drin. Auch wenn sie dort nur bis "mehr als 36.300 Stunden" getestet haben und als Relative Feuchte nur 45% verwenden, von Salzwasser in der Umgebung ganz zu schweigen).
    http://www.cree.com/~/media/Fi…%20Notes/LM80_Results.pdf


    Die XM-L läuft sowieso außer Konkurrenz, die kann laut den Angaben bis 2000mA problemlos gefahren werden.


    Gruß
    Sandy

  • Hallo Timo,


    daher hatte ich ja damals bereits gesagt das Ihr zu viele Weiße LED verbaut habt. Denke mit deiner jetzigen Konfig wird das Ergebnis besser sein.
    Berichte mal bitte darüber.

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