Optimalen Abstand zwischen einzelnen LEDs finden.

[Wurstsalat82]

Hallo Leute, interessantes Forum ist das hier!

Zu meinem Problem:
Ich möchte das erste Mal mit LEDs arbeiten und stehe vor der ersten großen Frage:

Projekt: Eine rote Plexiglas-Platte http://www.plexiglas-shop.com/DE/de/ple ... mhk~p.html soll im Abstand von 17 mm (mehr ist leider nicht machtbar) mit roten LEDs beleuchtet werden, siehe diese hier:
Link gelöscht, Gruß Sailor

Superflux-LED
Abstrahlwinkel: 130°
Leuchtfarbe: rot
Gehäusefarbe: wasserklar
Nanometer: 625
Lumen min.: 2.8
Lumen max.: 3.6
mA typ.: 30 mA
V typ.: 1,8 V
V max.: 2,0 V





Habe extra flache LEDs (3 mm) mit großem Abstrahlwinkel (130°) gewählt.

1. Frage: Ist es überhaupt sinnvoll eine rote Platte mit roten LEDs zu beleuchten?

2. (wichtigere) Frage: In welchem Abstand müssen die LEDs zueinander stehen, wenn man die Plexiglas-Platte schön gleichmäßig, satt & saftig, ohne dass die Spots der LEDs zu sehen sind, ausleuchten möchte?

Ich habe dazu schon mal folgende kleine Berechnung angestellt und dachte, damit wär das geklärt (Radius 36,5 mm, also Durchmesser 73 mm):


...aber dann ist mir diese Grafik aufgefallen:


Leider verstehe ich garnicht, wie ich da etwas herauslesen soll um den optimalen Abstand zu finden. Kann mir bitte jemand weiterhelfen diese Grafik zu interpretieren?

LG und Dank, Mark

PS: Über den einen oder anderen Tipp im Umgang mit den LEDs wäre ich auch sehr dankbar

[Sailor]

1. Frage: Ist es überhaupt sinnvoll eine rote Platte mit roten LEDs zu beleuchten?

Bei farbigen Abdeckungen sind nur LED´s in Farbe der Abdeckung sinnvoll, alle anderen Farbanteile einer z.B. weißen LED werden herausgefiltert (nicht durchgelassen),

2. (wichtigere) Frage: In welchem Abstand müssen die LEDs zueinander stehen, wenn man die Plexiglas-Platte schön gleichmäßig, satt & saftig, ohne dass die Spots der LEDs zu sehen sind, ausleuchten möchte?

Die Frage ist nicht ganz so einfach zu beantworten, weil sie auch von der Art des Plexiglases abhängt.

Mit dem von Dir vorgesehenen TruLED habe ich noch nicht gearbeitet, kann daher also auch nicht sagen, wie weit die Brechungen im Glas den Spot egalisieren.

Damit zum Diagramm:

Das Diagramm zeigt, wie das Licht sich auf einer angestrahlten Fläche verteilt.

Die markanten Punkte sind die 0,5.

0,5 links (linker teil des Diagramms) bzw. unten (rechter Teil des Diagramms) sagt aus, dass bei einem Winkel von 60° nur noch 50% des Lichts ankommt. Bei größerem Winkel wird es immer weniger Licht, bei 90° 0%.

Die Lichtverteilung im Abstrahlwinkel ist also nicht gleichmäßig und das Licht hört außerhalb des Abstrahlwinkels nicht schlagartig auf.

Die 0,5 oder 50% Marke bestimmt den Abstrahlwinkel. Die LED, zu der das Diagramm gehört, hat einen Abstrahlwinkel von 120° nämlich 60° nach jeder Seite.


Herzlich Willkommen im Forum!

[Achim H]

Die von Dir ausgesuchte Led erzeugt mit ihren 120 Grad Abstrahlwinkel (der Öffnungswinkel ist etwas größer) auf 10mm Abstand (angenommener Abstand) einen Leuchtfleck von 34,64mm Durchmesser.

leuchtfleck.jpg

Optimal verteilt müssten sich die Lichtkegel etwas überlappen, sodass das was kleiner als 50% Intensität ausmacht, die Bereiche des Lichtkegel der Nachbar-Led auffüllt, dessen Intensität größer als 50% (aber kleiner als 100%) ist.

Das Problem ist, dass die Kurve nicht linear ist. Das Ergebnis wird immer eine beleuchtete Fläche werden, die in Teilbereichen heller als in anderen Bereichen ist. Optisch wird es zwar gleich hell aussehen, gemessen wird es aber prozentuale Unterschiede geben.

Ich würde als Abstand der Leds untereinander die Hälfte des Leuchtfleck in mm verwenden.
34,64mm / 2 = 17,3mm (gemessen bis zur Mitte der Leds)
Bezogen auf 10mm Abstand.

Sollte der Abstand der Leds bis zur Plexiglasplatte verändert werden, dann verändert sich auch die Größe des Leuchtfleck, dann muss sich auch der Abstand der Leds untereinander ändern.

mfg Achim

[Wurstsalat82]

Ah okay, danke euch vielmals für die Erklärungen!

Ich habe das mal für meine Zwecke umgerechnet (also Abstand zur Plexiglas-Platte = 17 mm):

tan 60° x 17 mm = 29,5 mm , was ja direkt dem halbierten Durchmesser entspricht.

Die LEDs habe ich im gleichschenkligen Dreick angeordnet, dazu folgende Bilder (mit Bemaßung):


Hier sieht man als blaue Kreisfächen die volle rechnerische Leuchtfläche von 29 mm Durchmesser:



Hier nochmal ein Querschnitt durch den Aufbau. Als zweite, lichtstreuende, durchlässige Plexiglas-Platte für "zwischendrin" wurde mir diese hier ans Herz gelegt: http://www.plexiglas-shop.com/DE/en/ple ... jhi~p.html


... und nochmal für den besseren Überblick :




Es werden also ca. 80 LEDs dort verbaut. Das sind echt viele Lämpchen - was ist mit der Abwärme? Kann es da zu einem Hitzestau kommen oder ist das ungefährlich?

Wie steht das mit der Stromversorgung? LEDs verbrauche nicht viel, aber ich kenne mich nicht so gut aus, um eine passede KSQ auszuwählen, dazu den PWM (will auch dimmen können ^^) und das Netzteil.

Achja, und die Widerstände! Wie viele brauche ich und welche?

Was ist mit der LED? Gibt es da weitere Alternativen, die besser, billiger etc. pp. sind?

LG und Dank, Mark

BTW: Sorry für den Link zum fremden Shop, war mir dessen nicht bewusst.

[Achim H]

Es werden also ca. 80 LEDs dort verbaut. Das sind echt viele Lämpchen - was ist mit der Abwärme? Kann es da zu einem Hitzestau kommen oder ist das ungefährlich?

Das richtet sich danach, mit welchem Strom die Leds betrieben werden.

Ich habe aus dem gleichen Shop die gleichen roten Superflux, allerdings mit 80 Grad Abstrahlwinkel und nur mit 15,3mA bestromt. Die Leds werden noch nicht einmal lauwarm, aber das Licht ist gewaltig.

Als Konstantstromquelle verwende ich den TL317L (baugleich mit dem LM317L) + 82 Ohm Widerstand. Bauteilekosten: 21 Cent pro KSQ.

Für 20mA wäre ein Widerstand mit 62 Ohm notwendig. Maximal bestromt (30mA) wäre ein Widerstand mit 41,666 Ohm nötig, den gibt es aber nicht. Mit einen 43 Ohm Widerstand würden die Leds 29,1mA erhalten.

Ich würde eine hohe Spannung empfehlen. An einem 24V Schaltnetzteil kannst Du (abzüglich der Dropspannung für die KSQ) 10 Leds in Reihe anschließen. An ein 12V Netzteil passen nur 4 Leds in Reihe.

mfg Achim

[Wurstsalat82]

Okay, verstehe.

Bevor ich aber ans richtige Basteln gehe, will ich den nun errechneten Abstand der LEDs praktisch überprüfen. Ich will wissen, ob das TATSÄCHLICH STIMMT was die Mathematik so hergibt oder ob man noch nachbessern muss. Dazu will ich mir ein repräsentatives Modell der oberen Holzplatte aus Pappe basteln und ein paar LEDs darunter anmachen. Darüber dann das Plexiglas legen und schauen, wie das aussieht und was beim Dimmen passiert.

Werde das dokumentieren und hier im Forum posten. Vielleicht Hilf das dem einen oder anderen weiter, der mit ähnlich kleinen Abständen arbeiten will / muss.

Nur wie stelle ich das am besten an, wenn ich die LEDs nicht "verbrauchen" will, also nicht festlöten will. Gibt es da eine simple und schnelle Möglichkeit das ohne großen Aufwand zu testen?

LG und Dank!

[Achim H]

Zum Testen bauchst Du doch eigentlich nur 2 oder 3 Leds. Die produzierten Lichtkegel wiederholen sich über die Fläche verteilt. Entweder planst Du diese Kleinstmenge Leuchtdioden als Verschleiß ein oder Du sockelst diese einfach. Als Sockel eignen sich 6polige IC-Sockel (nicht die mit den gedrehten Fassungen, sondern die einfachen mit Federkontakten), die in der Mitte per Seitenschneider auseinander geschnitten wurden. An die IC-Sockel kannst Du Kabel anlöten. Wenn man richtig lötet, dann braucht man die Sockel aber nicht. Jede Led hat an allen Beinchen einen Tiefenanschlag. Löte die Kabel einfach oberhalb an und schon kannst Du diese anschließend noch in eine Platine einlöten.

[Wurstsalat82]

Okay, ich denke die paar LEDs werde ich wohl opfern können^^

Ich nehme einfach Pappkarton dafür.

Was benötige ich alles, um den Versuch durchzuführen?

Welchen PWM kann man zum Dimmen empfehlen? Also am besten auch schon einen, der für die 80-100 LEDs für das eigentlich Projekt geeignet ist.

Welche KSQ ist zu empfehlen?

Brauche ich ein Netzteil oder sowas? Welches ist gut?

Was brauche ich für Kabel und wie viel Meter?

Was brauche ich für Widerstände?

Und am Wichtigsten: Was habe ich vergessen? ^^

Bin ein absoluter Neuling in dem Gebiet, also alles was ich nicht explizit gesagt bekomme, lasse ich dann aus unwissenheit weg^^

So stelle ich mir das im Moment vor (Schema), sicher völlig fehlerhaft:


De fehlt jetzt noch den An-Aus-Knopf (will das über einen vorne eingebauten Taster regeln). Wüsste jetzt nicht, wo der drankommt.

So sieht das in dem Entwurf aus:


Jemand irgendwelche Ideen?

LG und Dank

[Sailor]

Ich nehme einfach Pappkarton dafür.

Das gibt einen Anhaltspunkt. Die Lichtverteilung im Truled-Plexiglas führt jedoch zu einem anderen Ergebnis, das es speziell auf die Unterdrückung des Hotspots konzipiert wurde.

Welchen PWM kann man zum Dimmen empfehlen?

Zum Beispiel diesen.

Welche KSQ ist zu empfehlen?

Brauche ich ein Netzteil oder sowas? Welches ist gut?

KSQ benötigst Du nicht, jedoch ein Netzteil mit stabilen 12 Volt oder 24 Volt. bei 12 Volt z.B. dieses kleine.

Das Schema ist ok, nur dass die KSQ wegfällt und an ihrer Stelle der Dimmer ist.

An dem 12 Volt Netzteil kannst Du 6 LED´s in Reihe mit einem Widerstand um die 40 Ohm anschließen (ergibt 96 oder 102 LED´s).

[Wurstsalat82]

Okay vielen Dank für die Infos. Das hätte ich nicht gedacht, dass das so fast richtig ist

Woanders habe ich über diese KSQ gelesen und da wurde das anderen Leute empfohlen. Für welchen Zwecks sind diese KSQ denn?

Ich fürchte ich brauche ein stärkeres Netzteil (24V). Ich muss nämlich 8-10 LEDs wirklich in Reihe schalten. Das währe wohl mit 12V auch möglich, schätze ich mal, aber umständlich zu verbauen.

Das mit dem TrueLED-Plexiglas ist mir bewusst. Aber dieser kleine Abstand ist trotzdem kritisch zu betrachten. Lieber ein paar mehr LEDs als dann eine hässliche Beleuchtung zu produzieren.

Sagen wir mal, ich will 10 Reihen auf 10 Spalten, nach Schachbrettprinzip, verbauen. Dann muss ich also vor jede Reihe einen Widerstand schalten, richtig?

LG & Dank!

[Sailor]

Ich muss nämlich 8-10 LEDs wirklich in Reihe schalten. Das währe wohl mit 12V auch möglich, schätze ich mal, aber umständlich zu verbauen.

Die mechanische Reihe und die elektrische Reihe musst Du getrennt sehen.

Wenn es nur auf die Übersichtlichkeit ankommt, kannst Du bei 10 LED´s in einer mechanischen Reihe auch 2 x 5 LED´s (jeweils mit einem Vorwiderstand) in der elektrischen Reihe verbauen. Dazu z.B. die gemeinsame Plusleitung in der Mitte zwischen den Reihen anlegen und die beiden Minusleitungen an den Seiten führen oder umgekehrt. So ergibt sich ein optisch gut nachvollziehbares, symetrisches Bild.

Der Widerstand einer 5er-Reihe an 12 Volt müsste in der Größenordnung um die 100 Ohm bis 120 Ohm gewählt werden.