kCube - LED-Würfel einmal anders

Anleitungen für "hausgemachte" LED Projekte

Moderator: T.Hoffmann

kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Mo, 02.04.18, 18:07 (0 Bewertungen, 30 Sterne)

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Ich möchte euch mein neuestes Projekt vorstellen: ein LED-Würfel. Machen
wollte ich sowas schon seit ich es das erste Mal irgendwo gesehen habe.
Ich habe es aber dann nie angefangen, weil es bei der herkömmlichen
Bauart mit 3mm-LEDs mir zu sehr zeitaufwendig und mühselig war, die
einzelnen LEDs kunstvoll zu verdrahten, und auch der Aufwand für die
Ansteuerung nicht gering ist.

Jetzt hatte ich für ein anderes Projekt einen intelligenten RGB-Ring in
der Hand, und die alte Idee kam mir wieder in den Sinn. Zwei Stunden
später stand das Konzept:
- 8x8x8 RGB-LEDs
- (fast) unsichtbare mechanische Konstruktion und Leiterbahnführung, die
LEDs sollen "schweben"
- einfach aufzubauen (kein Löten, es muss jedoch geklebt werden)
- so preisgünstig wie möglich (der Gedanke ist ein open source hw/sw Kit
für unter 200€ zu entwickeln)
- Ansteuerung über STM32; USB/(WLAN?/(Bluetooth?); Netzbetrieb und
Betrieb mit Lipo; Möglichkeit alternativ ein Fadecandy anzuschließen;
Speaker, Mikrofon, Beschleunigungssensor

Wiederum zwei Tage später waren die wichtigsten Teile bestellt: 512
WS2812B-LEDs, einige Klarsicht-Flex-PCBs, Plexiglas-Laserteile,
Plexiglaskleber und zwei Liter Propylenglykol (hier ist noch Glycerin
gezeigt, das ist aber zu leitfähig).

Nochmal eine Woche später ist bis auf die Flex-Leiterkarten und LEDs
alles geliefert, passend als Ostergeschenk ;-)

Die anderen Bilder zeigen schon mal ganz grob, wie das ungefähr aussehen
soll. Die Leiterbahnen sind nicht mitmodelliert, sie sind aber nur 0.2mm
dick und silberbeschichtet. Ganz darauf verzichten geht ja leider
(aktuell?) noch nicht.

Bin gespannt wie das später in der Realität aussieht!

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tatus1969
 
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Mi, 04.04.18, 12:42 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Der Effekt wird deutlich schlechter als mit 3 oder 5mm Leds sein. Bei runden Leds kann man dessen Licht auch noch erkennen, wenn man diese von hinten sieht. Der Grund dafür ist, dass der Ledchip in ein transparentes Vergussmaterial (klar, diffus oder eingefärbt) eingebaut wurde. Bei einer WS28xx sieht man von hinten gar nichts, bestenfalls von oben oder schräg von oben.

Setzt Dich mal auf die Rückseite Deines Fernseher hin. Dort kannst Du dir auch nur die Rückseite des Gerätes anschauen. Du sieht nicht, was vorne passiert.
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Achim H
 
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Mi, 04.04.18, 12:57 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Die Sorge hatte ich auch, deshalb habe ich die LEDs waagerecht angeordnet. Ich habe welche hier (ein 24-LED Ring), und sie decken fast gleichmäßig einen nahezu Halbkreis ab. Die Chips haben ein weißes Trägermaterial, das das Licht diffus umleitet sobald man flacher wird. Ich habe aber von jemanden den Tipp bekommen, stattdessen APA102-2020 Chips zu nehmen, die sind nur 2x2mm groß und haben ein transparentes geriffeltes Gehäuse.
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tatus1969
 
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Do, 12.04.18, 10:41 (0 Bewertungen, 0 Sterne)

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Hier ist ein erstes Foto der gefertigten Colaflaschen-Flexboards vom Fertiger!

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tatus1969
 
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Fr, 13.04.18, 07:57 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Die Leds brauchst Du gar nicht montieren. Man kann schon jetzt nicht mehr durch die Platinen durchschauen. Bei mehreren Lagen übereinander wird die Durchsicht nicht besser, sondern noch schlechter. Zum Beleuchten von Colaflaschen wird es aber reichen.
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Fr, 13.04.18, 08:24 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Wie kommst Du darauf? Die Colaflasche bezog sich übrigens darauf, dass das Material PET ist, bekannt für seine Durchsichtigkeit :wink:
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tatus1969
 
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Fr, 13.04.18, 08:38 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Oh ja, jetzt wo Du das sagst, sehe ich auch, wie durchsichtig die Platine ist.
Halte diese mal vor eine angeschaltete Lampe, dann wirst Du sehen, wieviel Licht durchscheint.
Anschließend wiederholst Du das Spielchen mit 7 Platinen übereinander.

Das Trägermaterial PET wird zwar durchsichtig sein, die Leiterbahnen sind aber aus Kupfer, eventuell verzinnt und/oder mit Lötstopplack beschichtet und keinesfalls durchsichtig.
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Fr, 13.04.18, 13:24 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Hallo @T.Hoffmann,
Ich möchte mich bedanke, dass du uns dein Projekt so ausführlich zur Verfügung stellst. :)

Ich hoffe du konntest deine Idee so umsetzen wie du es wolltest und es ist rechtzeitig zu Ostern fertig geworden. Beim durchlesen hat mich deine Idee fasziniert und ich werde es versuchen selbst umzusetzen. Habe mir sofort die LEDs und Plexiglas-Laserteile bestellt und warte nun auf meine .
Als Gerüst habe ich mir überlegt, dass ich vielleicht Draht als Unterstützung verwende. Auf das durchsichtige verzichte ich fürs erste.
Muss aber in erster Linie leider darauf warten, bis ich die Zeit dazu finde… würde am liebsten sofort damit starten. :D
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Fr, 13.04.18, 13:33 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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T.Hoffmann ist der Moderator dieses Forum, nicht der Ersteller dieses Beitrages.
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Sa, 14.04.18, 15:19 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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tatus1969
 
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Sa, 14.04.18, 15:22 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am So, 15.04.18, 00:39 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Plexiglas ist auch durchsichtig, hat aber nur eine Transmission (Lichtdurchlässigkeit) von ungefähr 92%.
Bei 7 Lagen übereinander (die unterste Lage nicht mitgezählt, weil das Licht auf der Oberseite produziert wird), würde das Licht der untersten Lage und mit Blick auf die oberste Lage nur noch
92% x 92% x 92% x 92% x 92% x 92% x 92% = 55,78% betragen.

Sollte die Lichtdurchlässigkeit geringer sein, dann entsprechend noch weniger.
Bei 80% je Lage kämen nur noch 20,9% oben an.

Hinzu kommt, dass die Gehäuse der Leds das Licht ebenfalls abschatten.
Und so breit sind die Abstände zwischen den Leds auch nicht, dass dort noch viel Licht von der untersten Lage sichtbar sein wird.

Ich kann mich auch irren, aber gefühlsmäßig würde ich sagen: das wird nichts.
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am So, 15.04.18, 10:32 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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dieterr
 
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am So, 15.04.18, 13:05 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Mo, 16.04.18, 09:57 (0 Bewertungen, 0 Sterne)

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Wahrscheinlich ist was anderes. Gib in der Suche mal Wasser, kohlensäurehaltig ein, und du wirst auch kein PET finden. Jegliche weitere chemischen Spekulationen erübrigen sich damit.
dieterr
 
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Mo, 16.04.18, 12:21 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Mo, 16.04.18, 14:16 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Möglich wäre vmtl. ein Silikonöl. Z.B.: https://www.amazon.de/Silikon%C3%B6l-h% ... 3EGBTF886S
Borax
 
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Mo, 16.04.18, 16:59 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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dieterr
 
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Mo, 16.04.18, 17:36 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Die Frage ist doch, was das mit der Emulsion/dem Öl überhaupt werden soll. Ich vermute eine Art Kühlflüssigkeit.
Als wärmeableitendes Material (max. 20mA je Ledchip, max. 60mA je Led = max. 300mW je Led bzw. max. 153,6W für 512 Leds und das in einem Würfel mit 133,33mm Kantenlänge = ca. 2,4 Liter Inhalt) wird man es nicht verwenden können. Die Wärme muss nicht nur abgeführt, sondern auch ausgetauscht werden können.
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Di, 17.04.18, 00:38 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Ich bin mit Chemie nicht sehr bewandert, habe deshalb viel rumgefragt. Danke für eure vielen Tipps! Silikonöl liegt preislich ähnlich zu dem Glyzerin und dem Propandiol das ich hier habe (der Würfel benötigt 1.2l). Ich werde mal ein Stück Plexiglas in beide "einkochen" lassen, in der Annahme dass hohe Temperaturen eine mögliche Reaktion schneller zeigen. Beide sind jedoch elektrisch leitfähig, sodass ich die Flexleiterplatte nach dem LED-löten ohnehin noch mit Kontakt70 besprühen muss. Mir ist auch wichtig, dass das Material umweltverträglich ist, wie ist das denn mit Silikonöl? Entionisiertes Wasser würde wohl alle gewünschten Eigenschaften zeigen, ist aber vom Brechungsindex zuweit weg von Plexi. Das beste optische Ergebnis hatte ich mit Glyzerin, darin ist Plexiglas fast unsichtbar. Und wenn ich mehrere Lagen übereinanderlege, ändert sich das nur minimal. Die Leiterplatten kommen morgen, und dann werde ich wissen ob das eine Schnapsidee war oder nicht.

Der Hauptzweck der Flüssigkeitsfüllung ist es den Würfel schön zu machen. Die Kühlwirkung ist willkommen, und die LEDs werden niemals gleichzeitig mit maximaler Helligkeit betrieben werden. Die Software soll eine rechnerische Strombegrenzung machen, abhängig vom angeschlossenen Netzteil. Das wird auch so schon ein Scheinwerfer ;-)

Die LEDs werden in einem Redesign noch durch APA102-2020 ausgetauscht, die sind 2x2x1mm und haben ein diffuses durchsichtiges Gehäuse:
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tatus1969
 
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Di, 17.04.18, 08:45 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Di, 17.04.18, 09:00 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Di, 17.04.18, 09:21 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Glaub mir, deionisiertes Wasser willst du nicht verwenden. Mal davon abgesehen, dass der Brechungsindex noch niedriger ist.

Pdms (Silikonöl) ist chemisch inert, physiologisch unbedenklich bei entsprechender Qualität , versaut aber Oberflächen derart, dass Klebungen nahezu unmöglich werden.

Plexiglas ist nicht PET. Wenn, dann solltest du es mit beidem machen. Ich halte das aber für vergeudeten Aufwand.

Ganz unsichtbar werden die Phasengrenzen bei den gegebenen Vorgaben nie werden, allein schon wegen des PET. Immersionsmittel mit Brechzahl größer 1,5 sind „ungeschickt“.
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Di, 17.04.18, 10:24 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Zumindest für Propandiol kann ich mir den PET-Test sparen, weil die Flaschen in denen es kommt daraus sind...

Deionisiertes Wasser wäre auch nur meine allerletzte Rückzugsoption, ich denke es wird Glyzerin. Das hat den Vorteil, dass man es besser verarbeiten kann. Wenn man Silikonöl irgendwo hat, dann hat man zu tun um es wieder wegzubekommen. Glyzerin ist dagegen wasserlöslich. Weil ich ja ein Kit zum Nachbauen plane, hat die Handhabbarkeit für mich Prio.

Ja, auch mit Glyzerin sieht man die Phasengrenzen zu Plexiglas. PET hat einen höhreren Wert von 1.58, wird also deutlicher zu sehen sein. Aber bevor ich es nicht gemacht habe, werde ich es nicht wissen. Es geht ja in erster Linie darum, das es möglichst schön aussieht wenn die LEDs leuchten.
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tatus1969
 
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Re: kCube - LED-Würfel einmal anders

Beitrag am Di, 17.04.18, 11:17 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Meine erste Wahl wäre es nicht. Ein weiterer Punkt bei Glycerin sollte beachtet werden, es ist hygroskopisch. Sprich im Laufe der Zeit, je nach Dichtigkeit, also auch Diffusionsdichtigkeit, wird der Wasseranteil im Glycerin größer, und damit auch die Probleme durch das Wasser, sprich Korrosion.
Wie genau das ausgeht, kann ich dir nicht sagen. Ist aber ein Restrisiko.
dieterr
 
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