Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Anleitungen für "hausgemachte" LED Projekte

Moderator: T.Hoffmann

Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Beitrag am Do, 22.10.15, 10:33 (3 Bewertungen, 45 Sterne)

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Die nachfolgende Beschreibung dient als Vorlage/Beispiel für eine Physik AG eines Gymnasiums. Daher wird es recht ausführlich; das Original-Worddokument hat 16 Din A4 Seiten.
Sollte jemand Fehler finden oder Anregungen haben, bitte posten, damit ich das im Original noch Ändern/einfügen kann.
Im Worddokument verstecken sich hinter vielen Wörtern Links. Diese gehen beim Übertragen in diesen Post leider verloren. Bei Bedarf kann ich sie aber gerne noch separat posten.
Hier der Text:
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Tischleuchte mit Nichia COB-Modul Serie 60

Nachfolgend wird der Selbstbau einer Tischleuchte beschrieben, die folgende Eigenschaften erfüllen soll:

- Beleuchtungsstärke >2000 lx im Arbeitsbereich, geeignet für Feinmechanik und feinste Lötarbeiten
- möglichst hohe Effizienz, d.h. möglichst geringe Leistungsaufnahme
- gute Farbwiedergabe, CRI > 80
- elektrische Sicherheit
- möglichst geringe Kosten
- Konstruktionsaufwand so gering wie möglich

Die ersten drei Parameter werden am besten durch Nichia COB Module abgedeckt. Die elektrische Sicherheit kann beim Selbstbau am Einfachsten durch Verwendung von Steckernetzteilen gewährleistet werden. Die entsprechenden DIN- und EU-Vorschriften werden dabei durch das Steckernetzteil erfüllt; alles, was Ausgangsseitig an diese Stromquelle angeschlossen wird, arbeitet mit ungefährlicher Niederspannung.
Hier die Kennzeichnungen des verwendeten Steckernetzteils und deren Bedeutung:
15 Kennzeichnung KSQ.jpg

Materialbedarf:

Lichtquelle: Nichia-COB-NFCWL060B, neutralweiß (7,99€):
Reflektor zur Lichtbündelung: Ledil Reflektor 49,9mm für Nichia COB Wide 43° (2,95€)
Ledil Linse für Reflektor 49,9mm diffusor lens (optional, Staubschutz) (2,39€)
Kühlkörper: ModuLED Nano 7050-B (7,49€):
Konstantstromquelle: ELP10X1PS (12,90€):
Flachprofil, eloxiertes Aluminium, 20 mm x 3 mm x 1 m (Baumarkt, ca. 7€)
2 x MDF-Platte, 12 cm x 15 cm x 22 mm (Baumarkt, <1€)
Schnurzwischenschalter (Baumarkt, ca. 2,50€)

Hinzu kommt noch diverses Verbrauchsmaterial wie Schrauben, diverse Kleber, Kabel etc.
Die Kosten betragen damit exklusive Verbrauchsmaterial und Versandkosten 44,22€.

Konstruktion:

Die beiden MDF-Platten bilden den Sockel der Leuchte. Hierzu werden sie zunächst mit Holzleim flächig miteinander verklebt. Bei dem so entstandenen Sockel mit den Abmessungen 12 cm x 15 cm x 44 mm werden eventuell entstandene Stoß- und Klebekanten glatt geschliffen (Schwingschleifer, Exzenterschleifer). Als Grundierung für das MDF-Material eignet sich handelsübliche Wandfarbe. Durch das Trocknen der Farbe werden die Poren des Materials verschlossen.
Ich habe danach einen weiteren Anstrich mit einer Lammfellrolle und reichlich Wandfarbe aufgebracht. Dadurch entsteht eine gleichmäßig fein strukturierte Oberfläche. Als Deckschicht habe ich dunkelgrauen Buntsprühlack aufgetragen. An den vier Ecken der späteren Unterseite werden 4 flache Füße aufgeklebt (Möbelgleiter, Rutschstopper oder Ähnliches).
01 Sockel.JPG

Das Flachprofil dient als Halterung für den Leuchtenkopf. Es wird zunächst an einer Seite auf einer Länge von ca. 20 cm so abgebogen, dass kurzer und langer Schenkel einen Winkel von etwa 110° bilden. Das geschieht am Einfachsten, indem man den kurzen Schenkel über einem kurzen Stück Alurohr oder ähnlichem mit zwei Schraubklemmen einspannt, hier über einem Rohr mit 5 cm Durchmesser:
00 abbiegen.JPG

Der lange Schenkel kann dann über dem Rohr relativ leicht abgebogen werden. Der Biegevorgang sollte langsam durchgeführt werden. Bei zu schnellem Biegen könnte das Aluminium sonst reißen.
Der lange Schenkel wird mit einer Metallsäge auf eine Länge von 60 cm gekürzt.
Am kurzen Schenkel werden 2 Bohrungen mit 3,5 mm Durchmesser gemäß Zeichnung angebracht:
01a Schenkel kurz.JPG

Je nach Schraubentyp können diese Löcher angesenkt werden. Den grau markierten Bereich habe ich aus optischen Gründen mit einer Metallfeile abgeschrägt.

Am langen Schenkel werden drei Bohrungen angebracht:
01b Schenkel lang.jpg

Das Aluprofil wird später mit Spaxschrauben 3,5 x 40 mm am Sockel festgeschraubt. Die beiden 4 mm Löcher werden passend für die Schraubenköpfe angesenkt. Der Lochdurchmesser des größeren Lochs hängt von dem später verwendeten Kabeldurchmesser ab und muss entsprechend angepasst werden. Das Aluprofil wird mitttig an der Schmalseite des Sockels angelegt und die erforderlichen Löcher am Sockel angezeichnet. In den Sockel werden an den entsprechenden Positionen mit einem 2,5 mm Bohrer die Löcher vorgebohrt.

Auf der Innenseite des Aluprofils werden bündig mit den Außenkanten zwei Streifen selbstklebendes Kupferband aufgeklebt. Das Kupferband beginnt dabei knapp über dem größeren Loch des langen Schenkels und endet 8 cm vor dem Ende des kurzen Schenkels.

Noch ein Hinweis zum Aluprofil: eine gute Eloxalschicht ist ein exzellenter Isolator mit einer Durchschlagfestigkeit von 400 V. Optisch erkennt man eine solche Schicht an ihrer gleichmäßig matten silbergrauen Oberfläche. Schimmert die Oberfläche leicht metallisch, deutet dies auf minderwertige Ware hin. Hier besteht Kurzschlussgefahr. In einem solchen Fall muss vor dem Aufkleben des Kupferbands die Oberfläche noch mit Parkettlack oder Bootslack lackiert werden und dieser mindestens 48 Stunden aushärten.

Die entstehende Vertiefung zwischen den Kupferbändern habe ich mit Pattex Füll Mix ausgespachtelt, damit das Kupferband nach dem Lackieren nicht mehr sichtbar ist. An den Enden des Kupferbands wird dabei jeweils etwa 1 cm zum Verlöten der Kabel frei gelassen. Überstehende Kleberreste werden nach dem Aushärten (mindestens 3 Stunden) mit feinem Schmirgelpapier glatt geschliffen.
02 Profil 1.JPG

Am Aluprofil werden nun die vorderen 9 cm des kurzen Schenkels und die unteren 6 cm des langen Schenkels auf der Innenseite mit Malerkrepp abgeklebt. Das Profil wird jetzt mit Haftgrund grundiert (Sprühlack) und anschließend ebenfalls mit dunkelgrauem Buntsprühlack lackiert.

Nach dem Aushärten des Lacks wird ein ca. 20 bis 30 cm langes (die Länge bestimmt den Abstand zum Schalter) zweiadriges ummanteltes Kabel (z.B.: PVC-Schlauchleitung H03VVF) zugeschnitten und auf einer Seite die Ummantelung auf einer Länge von gut einem Zentimeter entfernt.

Die beiden Kabel werden auf eine Länge von ca. 4 mm abisoliert und großzügig verzinnt. Auf die Enden der Kupferstreifen wird etwas Flussmittel aufgetragen und diese anschließend verzinnt. Die Lötstation sollte hierzu auf eine Temperatur von 420°C eingestellt werden, da das Aluprofil die Wärme schnell ableitet.

Anschließend werden die Kabelenden unter Zuhilfenahme von Flussmittel mit den Kupferstreifen verlötet. Zum Fixieren von Kabel und Lötstellen wird etwas UHU Plus endfest angerührt und über Kabeldurchführung und Lötstellen verteilt. Nach Aushärten des Klebers (ca. 12 Stunden) ist das Kabel sicher fixiert.
08 Kabelanschluss.JPG

Jetzt wird der Kühlkörper mit dem kurzen Schenkel des Aluprofils mit 2 Blechschrauben 2,9 x 13 mm verschraubt:
09 Profil KK.JPG

Vor dem Vorbereiten des COB-Moduls noch ein Hinweis zum verwendeten Lötzinn:
In der Industrie ist die Verwendung von bleihaltigem Lötzinn nur noch in sicherheits-relevanten Bereichen in der Luft- und Raumfahrt, beim Militär und in der Medizintechnik erlaubt. Sinn dieser Vorschrift ist es, toxisches Blei von der Umwelt fernzuhalten (Mülldeponien etc.). Die beim Handlöten entstehenden Dämpfe enthalten aber keinerlei Blei. Trotzdem sollte man beim Löten natürlich für gute Lüftung sorgen; das aber wegen der durch Verdampfen des auch in Lötzinn enthaltenem Flussmittel. Auch diese Dämpfe sind nicht gerade gesundheitsförderlich. Eventuelle bleihaltige Rückstände an den Händen werden durch Waschen der selbigen zuverlässig entfernt.

Bleifreies Lötzinn hat verschiedene Nachteile:
- die Lötstelle wird spröder, Langzeiterfahrungen über die Zuverlässigkeit liegen noch nicht vor (deshalb auch obige Ausnahmen).
- bleifreies Lot hat eine deutlich höhere Schmelztemperatur als bleihaltiges
- bleifreies Lot erzeugt immer eine matte Oberfläche der Lötstelle. Eine optische Qualitätskontrolle der Lötstelle ist dadurch erheblich schwieriger

Für Privatanwender ist die Verwendung von bleihaltigem Lot auch weiterhin erlaubt. Handlöten mit bleihaltigem Lot ist erheblich leichter als mit bleifreiem Lot. Deshalb empfehle ich die Verwendung von bleihaltigem Lot, wie z.B. Sn62Pb36Ag2, Sn60Pb38Cu2 oder Sn60Pb40.

Eine gute Lötstelle mit bleihaltigem Lot hat eine hochglänzende Oberfläche. Matte, grieselige oder unterbrochene Oberflächen sind ein Anzeichen für fehlerhafte oder kalte Lötstellen.Eine optische Qualitätskontrolle ist so leicht möglich.

Das COB-Modul hat zwei vergoldete Kontaktflächen:
03 COB 1.JPG
03 COB 1.JPG (47.04 KIB) 9652-mal betrachtet

Für eine Kontaktierung durch Federkontakte ist dies optimal, da die Oberfläche durch die Vergoldung nicht oxidiert. Für Lötverbindungen ist das Gold eher hinderlich, da es beim Löten in das Lötzinn diffundiert. Zum Einen wird die Oberfläche dadurch leicht matt, zum Anderen entsteht so eine neue Legierung mit unbekannten Eigenschaften. Deshalb ist es besser, das Gold vor dem endgültigen Lötvorgang zu entfernen.
Hierzu wird auf die Goldkontakte zunächst etwas Flussmittel aufgetragen. Dann wird die jeweilige Fläche satt verzinnt (Temperatureinstellung Lötstation: 360°C):
04 COB 2.JPG

Das Lötzinn wird jetzt mithilfe von Entlötlitze wieder entfernt. Tipp: die Entlötlitze saugt das Lötzinn leichter und besser ab, wenn man vorher etwas Flussmittel auf die Entlötlitze gibt. Mit dem Lötzinn wird auch das Gold entfernt. Die Flächen werden jetzt mit einem harten Pinsel und Isopropylalkohol gereinigt. Alternativ kann man auch Ethanol, also normalen Brennspiritus verwenden. Die Kontaktflächen sind jetzt sauber verzinnt und vom Gold befreit:
05 COB 3.JPG

Nun wird erneut unter Verwendung von Flussmittel etwas Lötzinn aufgetragen und die Lötflächen anschließend gereinigt:
06 COB 4.JPG

Als Verbindungsleitungen werden 2 kurze flexible Litzen (ca. 20 cm Länge) mit möglichst kleinem Querschnitt benötigt. Der Querschnitt sollte zwischen 0,2 bis maximal 0,5 mm² liegen. Die Leitungen werden an einem Ende abisoliert, verdrillt, verzinnt und auf ca. 4 mm Länge gekürzt.

Auf die verzinnte Kontaktfläche des COB-Moduls wird Flussmittel gegeben, der verzinnte Draht positioniert und durch Auflegen der Lötspitze auf den Draht verlötet. Die Lötspitze wird von der Lötstelle entfernt, sobald das Lötzinn auf der Kontaktfläche des COB-Moduls vollständig aufgeschmolzen ist. Dieser Vorgang dauert ca. 1 Sekunde.

Nach Reinigen der Lötstellen sollte dies dann in etwa so aussehen:
07 COB 5.JPG

Kennzeichen einer guten Verbindung ist eine hochglänzende Oberfläche der Lötstellen, die Sichtbarkeit der Struktur der verdrillten Litze sowie ein konkaver Übergang des Lötzinns von Litze zu Kontaktfläche. Alle drei Kriterien sind leicht durch Drehen der Lötstellen im Gegenlicht beurteilbar. Kleinere Flussmittelrückstände sind dabei unkritisch.
Das COB-Modul ist jetzt bereit zum Aufkleben auf den Kühlkörper.

Die Oberfläche des Kühlkörpers sowie die Rückseite des COB-Moduls werden mit Isopropylalkohol (oder Ethanol) gereinigt und entfettet. Als Kleber wird der Wärmeleitkleber Arctic Silver verwendet. Hierbei handelt es sich um einen 2-Komponentenkleber, der im Verhältnis 1:1 angemischt wird.

Für das COB-Modul reicht ein Strang von je ca. 5 bis 7 mm des Klebers aus. Bei Kleinstmengen des Klebers habe ich gute Erfahrungen mit Holzzahnstochern zum Mischen gemacht. Die Kleberstränge werden für ca. 1 Minute vermischt, bis sich eine gleichmäßige Farbe ergibt. Mit einem frischen Zahnstocher wird der Kleber möglichst dünn und gleichmäßig auf die Rückseite des COB-Moduls aufgetragen. Je dünner der Kleber aufgetragen wird, desto besser wird die Wärme abgeleitet. Das Modul wird jetzt auf den Kühlkörper aufgesetzt und leicht angedrückt. Achtung! Dabei nicht auf die Phosphorschicht (gelbes Material) drücken, das könnte das Modul beschädigen! Das Modul wird jetzt noch unter leichtem Druck kreisförmig bewegt (Wegstrecke dabei: 1 bis 2 mm) um den Kleber gleichmäßig zu verteilen und Lufteinschlüsse zu vermeiden. Dabei wird seitlich etwas Kleber austreten, das ist völlig normal. Der Kleber beginnt nach 5 Minuten auszuhärten, deshalb sollte zügig gearbeitet werden. Nach ca. 1 Stunde ist die Endfestigkeit erreicht. Hier findet man eine ausführliche Anleitung.

Nach Aushärten werden die Kabel gemäß nachfolgendem Foto verlegt, auf die erforderliche Länge gekürzt und mit den Kupferstreifen verlötet (Temperatureinstellung der Lötstation auch hierbei 420°C). Ich habe die Kabel anschließend noch oben am Kühlkörper und unten am Aluprofil mit je einem Tropfen UHU Plus schnellfest fixiert.
10 Kopf.JPG

Nun wird der Reflektor auf das COB-Modul geklebt. Hierfür habe ich Pattex Kraft-Mix Metall verwendet. Es funktioniert natürlich jeder schnell härtende 2K-Kleber. Hierbei wird nur sehr wenig Kleber benötigt, der auf die Unterkante des Reflektors aufgetragen wird. An der Unterkante des Reflektors befinden sich 2 Aussparungen. Diese werden über den Lötflächen des COB-Moduls positioniert.
11 Kopf Refl.JPG

Zwischen den beiden Löchern am Aluprofil wird dünn UHU Plus schnellfest aufgetragen und Aluprofil und Sockel mit den beiden Spaxschrauben verschraubt. Das Profil kann jetzt noch exakt rechtwinklig ausgerichtet werden. Die drei Übergänge zwischen Profil und Sockel (2 x Schmalseite, einmal Oberseite des Sockels) habe ich noch mit Pattex Füll-Mix modelliert. Nach Aushärten des Klebers wird das Kabel mit Malerkrepp abgeklebt und die unlackierten Stellen im Bereich des Sockels und des Kühlkörpers mit Sprühlack nachlackiert.

Jetzt werden das freie Ende des Kabels sowie das Kabel der KSQ mit dem Schnurzwischenschalter verbunden. Dabei sollte auf korrekte Polung geachtet werden. Das blaue Kabel von der KSQ ist der Pluspol. Abweichend vom folgenden Foto sollte der Deckel des Schalters jetzt noch nicht aufgeschraubt werden. An den Kontakten des Schalters liegt im Betrieb nur eine ungefährliche Gleichspannung an. Am offenen Schalter können später Betriebsspannung und Strom gemessen werden.
13 Leuchte komplett.JPG

Es folgt der erste Funktionstest. Die KSQ wird mit dem 230V-Netz (Steckdose) verbunden und der Schalter geschlossen. Sollte das COB-Modul nicht leuchten, wird die Spannung über den beiden Kontakten auf der Seite der Leuchte gemessen (Messbereich Multimeter: 200 V). Wird hier eine Spannung von ca. 42 V gemessen, sind die Anschlüsse verpolt. Das COB Modul nimmt dabei keinen Schaden, da praktisch kein Strom fließt.

In diesem Fall wird die KSQ vom Netz getrennt und die Leitungen an einer Seite des Schalters untereinander getauscht. Bei erneuter Funktionskontrolle sollte die Leuchte nun funktionieren.
Jetzt kann zunächst die Betriebsspannung gemessen werden. Anschließend wird die Leuchte ausgeschaltet, das Multimeter auf den Messbereich 10 A geschaltet und die rote Messleitung mit dem 10 A Anschluss des Multimeters verbunden. Überbrückt man jetzt mit den Messleitungen den Kontakt des Schalters, wird der Stromkreis über das Multimeter geschlossen und der Strom kann am Multimeter abgelesen werden.

Sind beide Werte notiert, wird der Deckel des Schalters aufgeschraubt. Die Tischleuchte ist nun einsatzbereit.
14 Leuchte an.JPG

Technische Daten und Messwerte:

Die Vorwärtsspannung der KSQ beträgt 34 V, es fließt ein Strom von 329 mA. Daraus ergibt sich eine LED-Leistung von

P = U x I = 34 V x 0,329 A = 11,19 W.

Die Leistungsaufnahme der Leuchte - gemessen mit einem Leistungsmessgerät zwischen KSQ und Steckdose - beträgt 13 W. Daraus ergibt sich ein Wirkungsgrad der KSQ von
η = (11,19 W / 13 W) x 100 = 86%

Der elektrische Wirkungsgrad des COB-Moduls geht aus dem Datenblatt nicht hervor. Mit einer Effizienz von rund 150 lm/W dürfte der Wirkungsgrad bereits bei über 40% liegen. Sicherheitshalber sei hier ein Wirkungsgrad von 33% angenommen, d.h. 33% der zugeführten elektrischen Leistung wird in Licht umgewandelt. Für die mit dem Kühlkörper abzuführende Wärmeleistung ergeben sich damit

PWärme = 11,19 W x 0,67 = 7,5 W

Im Datenblatt des Kühlkörpers findet man auf der letzten Seite eine Tabelle sowie eine Grafik, anhand derer man die zu erwartende Temperaturdifferenz des Kühlkörpers in Abhängigkeit der Wärmeleistung ablesen kann.
23 KK Data.JPG

Bei einer Wärmeleistung von 7,5 W ist eine Temperaturdifferenz von 22°C (rote Linien) zu erwarten. Bei einer Umgebungstemperatur von 25°C wird die Kühlkörpertemperatur also 47°C betragen.

Tatsächlich gemessen habe ich eine Kühlkörpertemperatur von 45°C, was einer Temperaturdifferenz von 20°C entspricht.

Der typische Wärmewiderstand des COB Moduls wird im Datenblatt mit 1,4 K/W angegeben. Im Betrieb beträgt die Chiptemperatur damit

TJ = 45°C + 1,4 K/W x 1,19 W = 45°C + 15,67°C = 60,67°C

Damit liegt die Chiptemperatur deutlich unter den als Maximum anzustrebenden 85°C. Die zu erwartende Lebensdauer sollte die 50000 Stunden folglich deutlich überschreiten.

Die Temperatur der KSQ liegt mit 49°C im grünen Bereich (erlaubt: max. 75°C). Auch Strom, Spannung und Leistung liegen im zulässigen Bereich der KSQ. Gemäß dem aktuellen Datenblatt der KSQ liegt die maximale Belastbarkeit des Ausgangs bei 12 W.

Den zu erwartenden Lichtstrom kann man aus dem Kurzdatenblatt auf der Produktseite interpolieren.
17 Produktseite.jpg

Hierzu wird der Betriebsstrom von 329 mA einfach zum nächstgelegenen benachbarten Strom des Kurzdatenblatts ins Verhältnis gesetzt.

Bezogen auf die 230 mA ergibt sich so ein Lichtstrom von

(329 mA / 230 mA) x 1190 lm = 1702 lm

also rund 1700 lm.

Die Angaben des Kurzdatenblatt beziehen sich auf eine (von der Unterseite des COB Moduls betrachteten) Umgebungstemperatur von 25°C. In der Praxis "sieht" das COB Modul aber die Kühlkörpertemperatur von 45°C.
Auf Seite 13 des Datenblatts findet man unten rechts eine Grafik, mit der man den Lichtstrom anhand der Temperatur korrigieren kann:
19 Flux.jpg

Bei 45°C liegt der Lichtstrom noch bei etwa 96%. Daher beträgt der zu erwartende typische Lichtstrom bei

1700 lm x 0,96 = 1632 lm, also rund 1630 lm.

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Ende Teil 1, Anzahl der Dateianhänge ist auf 20 begrenzt :(
ustoni
 
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Re: Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Beitrag am Do, 22.10.15, 10:38 (3 Bewertungen, 20 Sterne)

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Teil 2:
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In der Praxis kann dieser Wert aufgrund von Toleranzen weiter abweichen. Die möglichen Toleranzbereiche werden in den Rankings (Klasseneinteilungen) im Datenblatt spezifiziert. Auf der Produktseite werden die möglichen Ranks im Herstellercode angegeben (vorletzte Grafik, rot unterstrichen). In diesem Fall sind es die Ranks G2450 und G2650:
18 Ranks.jpg

Die in dieser Tabelle angegebenen Lichtströme beziehen sich auf den Nennstrom von 460 mA. Anstatt dem im Kurzdatenblatt angegebenen typischen Lichtstrom von 2520 lm kann der Lichtstrom in der Praxis also zwischen 2450 lm und 2850 lm liegen. Das entspricht einer Abweichung von -3% bzw. +13%. Der Einfachheit halber gehen wir vom berechneten typischen Lichtstrom von 1630 lm aus.

Daraus ergibt sich dann für die Leuchte eine Systemeffizienz von

1630 lm / 13 W = 125 lm/W

Interessanter ist aber die erreichte Beleuchtungsstärke. Diesen Wert vorab rechnerisch zu ermitteln, ist nahezu unmöglich. Nimmt man z.B. das Umrechnungswerkzeug der Firma Lumitronix und setzt dort einen Lichtstrom von 1630 lm, den Öffnungswinkel des Reflektors von 43° sowie einen Abstand von 60 cm (Höhe der Reflektoröffnung) ein, erhält man eine Beleuchtungsstärke von 10356 lx.
Dieser Wert würde nur dann erreicht werden, wenn der Reflektor verlustfrei arbeiten würde und der Lichtstrom vollständig auf den Öffnungswinkel von 43° gebündelt würde. Beides ist aber nicht der Fall.

Trotzdem lässt sich die zu erwartende Beleuchtungsstärke vorab mit ausreichender Genauigkeit bestimmen. Hierzu benötigt man das Datenblatt des Reflektors. Auf Seite 16 findet man ein Diagramm, mit dessen Hilfe man die Lichtstärke in Abhängigkeit von Winkel und Lichtstrom berechnen kann:
20 Reflektor.jpg

Einheit der Y-Achse ist cd/klm, also Candela je Kilolumen. Das Maximum wird bei 0° mit etwa 1390 cd/klm erreicht.
Das COB-Modul erzeugt einen Lichtstrom von 1630 lm, also 1,63 klm. Daraus ergibt sich eine Lichtstärke bei 0° von

1390 cd/klm x 1,63 klm = 2265 cd

Diesen Wert kann man jetzt zusammen mit Winkel und Entfernung (0,6 m) in das Umrechnungswerkzeug einsetzen und erhält so eine maximale Beleuchtungsstärke von 6291 lx.

Mit einem Luxmeter habe ich eine maximale Beleuchtungsstärke von 6600 lx gemessen. Eine Messreihe im Abstand von je 10 cm ergibt diese Verteilung der Beleuchtungsstärke:
21 Kurve 1.jpg

Der Nullpunkt liegt dabei senkrecht unter dem COB Modul und damit 5 cm vor der Vorderkante des Sockels. Da das Modul in einem Winkel von 20° angebracht ist, wird die maximale Beleuchtungsstärke bei etwa 10 cm erreicht. Die eingangs geforderte Beleuchtungsstärke von 2000 lx wird in einem Radius von 35 cm überschritten.

Hinweis:

Auch wenn das Maximum der Beleuchtungsstärke den geforderten Wert um das Dreifache überschreitet, heißt dies nicht, dass dort die dreifache Helligkeit erreicht wird. Da das menschliche Auge logarithmisch arbeitet, verläuft der subjektiv empfundene Helligkeitsverlauf erheblich flacher. Die subjektiv empfundenen Helligkeitsunterschiede liegen eher bei 30%.

Eine etwas sanftere Verteilung erhält man bei Verwendung der diffusen Streulinse. Diese wird einfach in den Reflektor gedrückt, wo sie hörbar einrastet.
12 Kopf komplett.JPG

Die Kurve verläuft dann etwas flacher, allerdings auch mit einem leichten Verlust an Beleuchtungsstärke:
22 Kurve 2.jpg
ustoni
 
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Re: Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Beitrag am Do, 22.10.15, 10:54 (0 Bewertungen, 0 Sterne)

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Solche sehr anschaulichen und gut bebilderten Beiträge sind eine absolute Bereicherung für unser Forum!!!
Danke und *****.
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R.Kränzler
 
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Re: Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Beitrag am Do, 22.10.15, 12:24 (1 Bewertungen, 10 Sterne)

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Hier noch die im Originaldokument vorhandenen Links in der Reihenfolge wie sie im Dokument auftauchen:
Nichia COB NFCWL060B: http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Nich ... weiss.html
Ledil Reflektor 43°: http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Lins ... de-43.html
Diffusor Linse: http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Lins ... -lens.html
Kühlkörper: http://www.elpro.org/shop/shop.php?p=Mo ... o%207050-B
KSQ: http://www.leds.de/LED-Zubehoer/Stromqu ... -oxid.html
Kupferband: http://www.glas-per-klick.de/tiffanytec ... 13-64.html
Pattex Füll Mix: http://www.pattex.de/do-it-yourself-mit ... l-mix.html
PVC Schlauchleitung: http://www.reichelt.de/Schlauchleitung/ ... +F275W+10M
Flussmittel: http://www.reichelt.de/Flussmittel-Loet ... %F6tpasten
UHU Plus endfest: http://www.uhu.com/de/produkte/2-kompon ... aa1054d%20
Sn62Pb36Ag2: http://www.reichelt.de/Loetzinn/L-TZINN ... AG+0%2C507
Sn60Pb38Cu2: http://www.elpro.org/shop/shop.php?p=26 ... 100%20g%20
Sn60Pb40: http://www.reichelt.de/Loetzinn/L-TZINN ... 32-0%2C525
Entlötlitze: http://www.reichelt.de/Entloetpumpen-li ... 6TLITZE+AB
Arctic Silver: http://www.leds.de/High-Power-LEDs/High ... -3-5g.html
Anleitung Arctic Silver: http://www.leds.de/out/media/AnleitungSilver.pdf
UHU Plus schnellfest: http://www.uhu.com/de/produkte/2-kompon ... 3c2a966e73
Pattex Kraft Mix Metall: http://www.pattex.de/do-it-yourself-mit ... etall.html
Datenblatt Kühlkörper: http://www.elpro.org/shop/_pdf_products_new/10260.pdf
Datenblatt KSQ (aktuelle Version): http://www.sunrise-trafo.de/Data/en/ELP ... eet_EN.pdf
Umrechnungswerkzeug: http://www.leds.de/Umrechnungswerkzeug/
Datenblatt Reflektor: http://www.leds.de/out/media/60790-Mire ... asheet.pdf
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Re: Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Beitrag am Fr, 23.10.15, 12:51 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Sehr informativer Beitrag. Danke Dir.
Ich habe selber noch vier Nichia-COBs plus Mechatronix-Kühlkörper und übrige Reflektoren hier von einen Prototypen, und habe mir überlegt, auch Tisch- und Stehleuchten daraus zu fertigen. Allerdings möchte ich diese dimmen und auf der Primärseite schalten, weswegen die KSQ für Drehpoti und Ein/Ausschalter mindestens in den Sockel verbaut werden muß (Hitzestau?), um bedienerfreundlich zu sein und Kabelschleifen zu vermeiden.
Du schaltest die LED aber sekundärseitig. Sehe ich das richtig? Wie veträgt sich das mit der Leerlaufspannung der KSQ? Darauf bist Du in Deinem Beitrag nicht eingegangen.

Grüße, Markus
oscar
 
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Re: Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Beitrag am Fr, 23.10.15, 13:11 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Diese KSQ-Reihe von Eagle Rise kann problemlos sekundär geschaltet werden.
Das hatte ich hier schon mal nachgewiesen:
http://www.ledhilfe.de/viewtopic.php?f=24&t=13242
Alles andere würde auch keinen Sinn machen. Ich jedenfalls würde diese KSQ nicht kaufen, wenn ich sie zum Ausschalten einer Leuchte jedesmal aus der Steckdose ziehen müsste. :D

Das gilt aber auch wirklich nur für diese Steckernetzteil-KSQs.

weswegen die KSQ für Drehpoti und Ein/Ausschalter mindestens in den Sockel verbaut werden muß (Hitzestau?)

Mach Ober- oder Unterseite des Sockels aus Aluminium, dann gibt es da keine Probleme.
ustoni
 
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Re: Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Beitrag am Fr, 23.10.15, 15:55 (0 Bewertungen, 0 Sterne)

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Danke Dir.
oscar
 
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Re: Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Beitrag am Sa, 24.10.15, 14:31 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Noch eine kurze Info zur EagleRise KSQ:
Die weiter oben erwähnten gemessenen 329 mA erschienen mir relativ niedrig für eine 350 mA KSQ. Da ich noch zwei weitere KSQs diesen Typs hier habe, habe ich diese nochmal angeschlossen und den jeweiligen Strom gemessen. Eine lag ebenfalls bei 329 mA, die andere bei 327 mA. Alle Messwerte gelten nach Erreichen der Betriebstemperatur von 49°C.

Sicherheitshalber habe ich dann noch eine 49er Backlight Matrix als Last an eine KSQ angeschlossen. Hier stellt sich am Ausgang der KSQ eine Spannung von 22,5 V ein, die Betriebstemperatur stellt sich auf 39°C ein. Als Ausgangsstrom habe ich 332 mA gemessen. Ich gehe davon aus, dass die 3 mA Differenz an der Temperaturdifferenz von 10°C liegen.

Die KSQs scheinen also generell einen Ausgangsstrom zu liefern, der ca. 6% unter dem Sollstrom liegt. Im Datenblatt sind keine Toleranzen angegeben, das Verhalten scheint also normal zu sein.
ustoni
 
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Re: Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Beitrag am Do, 04.02.16, 11:31 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Herzlichen Dank für die ausführliche Bauanleitung.
Die Leuchte wurde von mir nachgebaut und ist seit ein paar Wochen im Einsatz. Sie tut, was sie soll. Sie leuchtet meinen Schreibtisch mit tageslichtweißem Licht aus.
Ich habe lediglich den Schnurschalter durch einen in den Sockel eingebauten Druckschalter ersetzt. Ich glaube dadurch wird die Leuchte, so wie ich sie aufgestellt habe, benutzerfreundlicher.
ThoLin
 
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Re: Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Beitrag am So, 07.02.16, 12:09 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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ustoni hat geschrieben: Für Lötverbindungen ist das Gold eher hinderlich, da es beim Löten in das Lötzinn diffundiert. Zum Einen wird die Oberfläche dadurch leicht matt, zum Anderen entsteht so eine neue Legierung mit unbekannten Eigenschaften. Deshalb ist es besser, das Gold vor dem endgültigen Lötvorgang zu entfernen.


ustoni hat geschrieben:Noch ein Hinweis zum Aluprofil: eine gute Eloxalschicht ist ein exzellenter Isolator mit einer Durchschlagfestigkeit von 400 V. Optisch erkennt man eine solche Schicht an ihrer gleichmäßig matten silbergrauen Oberfläche. Schimmert die Oberfläche leicht metallisch, deutet dies auf minderwertige Ware hin.


Sehr schön das ganze. Obiges halte ich aber für Schönheitsfehler, vor allem vor dem naturwissenschaftlichen Hintergrund.
Im Lot existiert wohl sicher eine gelöste Goldmenge, ob die aber die Eigenschaften praktisch ändert ist eher zweifelhaft. In der Industrie wird das sicher nie gemacht, bisher ohne mir bekannte negative Eigenschaften. Und Gold (chemisch oder elektrolytisch) ist eine Standardoberfläche zum Löten. Höchstens das Gganze soll lehrreich zur Lotentfernung sein.
Interessant wäre ev. auch, mal eine Abschätzung wieviel ppm Gold denn danach im Lot sind (und vorher waren).

Zweiteres: eine gleichmässige matte Oberfläche entsteht durch die Beize (E6) vor dem Eloxieren, hochwertige (dichte, harte und ausreichend Dicke) Eloxalschichten sind auch ohne Mattierung/Beize möglich (E0-Oberfläche). In der Praxis hast du mit obiger Aussage aber leider recht.
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Re: Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Beitrag am So, 07.02.16, 13:18 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Im Lot existiert wohl sicher eine gelöste Goldmenge, ob die aber die Eigenschaften praktisch ändert ist eher zweifelhaft. In der Industrie wird das sicher nie gemacht, bisher ohne mir bekannte negative Eigenschaften.

Für Consumer-Produkte wird sich die Industrie sicherlich nicht die Mühe machen, das Gold vorher zu entfernen. Dort geht es aber auch um jeden Bruchteil eines Cents Ersparnis und bei einer angestrebten Lebensdauer von 2 bis 5 Jahren ist das sicherlich auch nicht erforderlich.

Anders sieht es in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie in anderen Bereichen, in denen es auf absolute Zuverlässigkeit ankommt, aus. Dort gilt immer noch die IPC-Richtlinie IPC-J-STD-001. In Kapitel 3.9.3 wird dort das Entfernen des Goldes vorgeschrieben. Siehe z.B. tabellarische Zusammenfassung des Standards:
https://www.ipc.org/4.0_Knowledge/4.1_Standards/J-STD-001DS-Amend1.pdf

Grund hierfür ist, dass laut NASA-Untersuchungen Lötstellen mit zu hohem Goldanteil im Laufe der Zeit spröde bzw. brüchig werden können. Nur bei Beschichtungsdicken bis 0,254 µm ist eine Entfernung des Goldes nicht erforderlich.

Ob man sich als Privatperson an solche Standards hält oder nicht, bleibt natürlich jedem selbst überlassen. :wink:
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Re: Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Beitrag am So, 07.02.16, 13:40 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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ustoni hat geschrieben:
Anders sieht es in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie in anderen Bereichen, in denen es auf absolute Zuverlässigkeit ankommt, aus. Dort gilt immer noch die IPC-Richtlinie IPC-J-STD-001. In Kapitel 3.9.3 wird dort das Entfernen des Goldes vorgeschrieben. Siehe z.B. tabellarische Zusammenfassung des Standards:
https://www.ipc.org/4.0_Knowledge/4.1_Standards/J-STD-001DS-Amend1.pdf


[Klugscheiss] Zitat aus der IPC:
Exceptions:
Electroless nickel immersion gold (ENIG) finishes on PCBs are exempt from this requirement.
Surfaces exhibiting gold finish thicknesses of 0.254 micro-meters (10 micro-inch) or less (a.k.a. ‘‘gold-flash’’) are
exempt from this requirement.
[/Klugscheiss]

Ich hatte aber auch nie mit PCBs für Luft- und Raumfahrt zu tun, "nur" mit Medizintechnik, deshalb die etwas verallgemeinerte Aussage.
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Re: Tischleuchte mit Nichia NFCWL060B

Beitrag am Do, 16.06.16, 17:38 (1 Bewertungen, 10 Sterne)

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Und hier noch eine weitere Variante der Tischleuchte:
Prinzipiell ist der Aufbau der Gleiche wie oben, allerdings verwende ich als Kühlkörper den kleineren ModuLED Pico 4750-B und ein 47 cm langes Flachprofil mit 2 cm Breite und 2 mm Stärke. Außerdem verzichte ich auf einen Reflektor, nutze also die vollen 120° Abstrahlwinkel des COB-Moduls. Als Sichtschutz dient ein 12 mm hohes Segment eines SatinIce-Rohrs mit 5 cm Durchmesser.

Flachprofil, Kühlkörper und COB-Modul werden wie oben beschrieben zusammengesetzt. Die oberen 15 cm des Profils habe ich dabei auf einen Winkel von 115° abgebogen und das SatinIce-Segment mit UHU endfest 300 auf den Kühlkörper geklebt. Die unteren 5 cm des Profils habe ich vor dem Lackieren abgeklebt; diese Fläche dient später zum Verkleben mit dem Sockel:
01 Profil.jpg

Da das COB-Modul und die Kabel ziemlich frei liegen, habe ich den äußeren Bereich des COB-Moduls sowie die Kabel mit einem feinen Pinsel und mattschwarzem Kunstharzlack überlackiert:
02 Kopf.jpg
02 Kopf.jpg (47.62 KIB) 8442-mal betrachtet


Als Sockel dient ein Quader aus Sandstein mit den Abmessungen 10 cm • 12 cm • 5 cm. Diesen habe ich mir vom hiesigen Steinmetz zurecht sägen lassen. Kostenpunkt inklusive Abschleifen der Oberflächen: 10€. Zum Verkleben von Sockel und Profil habe ich den Sockel (hochkant) solange unterlegt, bis das Profil bei aufliegendem Kühlkörper flach auf dem Sockel aufliegt. Die Klebefläche am Sockel habe ich mit einem Bleistift angezeichnet. Die zu verklebende Fläche des Profils habe ich sehr dünn mit UHU endfest 300 eingestrichen, auf den Sockel aufgelegt und mit einem Gewicht (in meinem Fall ein alter Trafo) beschwert. Mit Hilfe eines Geodreiecks habe ich das Profil dann noch möglichst rechtwinklig zum Sockel ausgerichtet. Der Kleber muss dann 12 Stunden aushärten.

Nach dem Aushärten sind Profil und Sockel praktisch untrennbar miteinander verbunden. Unter den Sockel habe ich 4 Möbelgleiter geklebt und abschließend Leuchte und KSQ über den Schnurzwischenschalter verbunden. Das Ergebnis:
03 aus.jpg

Und eingeschaltet:
04 an.jpg

Noch eine Anmerkung zum Sockel: Ich habe das Gewicht des Quaders etwas unterschätzt. Eine Grundfläche von 8 cm • 8 cm hätte völlig gereicht und sicher noch besser ausgesehen.

Messwerte und Daten:

Über der LED liegt eine Spannung von 33,78 V bei einem LED-Strom von 318 mA. Das ergibt eine LED-Leistung von 10,74 W. Bei der KSQ habe ich eine Leistungsaufnahme von 13,2 W gemessen, was einem Wirkungsgrad der KSQ von 81,4% entspricht.
Im Dauerbetrieb und bei einer Umgebungstemperatur von 25°C erreicht der Kühlkörper eine Temperatur von 53°C, die KSQ 52°C. Ausgehend vom maximalen Wärmewiderstand des COB-Moduls von 1,7 K/W liegt die Chiptemperatur damit unter 75°C. Selbst bei sommerlichen 35°C Umgebungstemperatur liegt die Chiptemperatur unter 85°C und damit voll im grünen Bereich.
Interessant wird ein Blick ins Datenblatt des Kühlkörpers (Tabelle letzte Seite). Eine Temperaturdifferenz von 28°C entspricht einer Wärmeleistung von 4,6 W. Damit hätte das COB-Modul bei 318 mA (ca. 70% des Nennstroms) einen elektrischen Wirkungsgrad von 57%!

Ausgehend von einem typischen Lichtstrom von 2520 lm bei Nennstrom müsste der Lichtstrom bei 318 mA etwa 1765 lm betragen. Gemäß der Grafik auf Seite 13 des Datenblatts des COB-Moduls reduziert sich der Lichtstrom bei 53°C auf etwa 95%, also verbleiben 1675 lm. Das entspricht einer Systemeffizienz von 127 lm/W.

Abschließend habe ich noch die Beleuchtungsstärke auf der Tischplatte gemessen. Da die Messergebnisse bei horizontaler Lage des Sensors bei Weitem nicht dem optischen Eindruck des Helligkeitsverlaufs entsprechen, habe ich diesmal auch die vertikale Beleuchtungsstärke (Sensor senkrecht zur Tischplatte in Richtung Leuchte) gemessen und beide Werte vektoriell addiert (Pythagoras lässt grüßen). Der Nullpunkt liegt dabei 5 cm vor dem Sockel:
05 Tabelle.jpg
05 Tabelle.jpg (26.62 KIB) 8442-mal betrachtet

Der sich aus der vektoriellen Addition ergebende Verlauf der (roten) Kurve entspricht am ehesten dem optischen Eindruck:
06 Kurven.jpg


Eine Beleuchtungsstärke von 6800 lux entspricht laut Umrechnungswerkzeug (bei 30 cm Abstand COB-Modul zu Tischplatte) eher einem Lichtstrom von 1900 lm. Sieht also ganz so aus, als hätte ich ein COB-Modul mit G2650er-Binning erwischt. :D
ustoni
 
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