Led on Board (Nichia Module, 12 Leds)

[Achim H]

LED Modul 12x Nichia LED, 3W (warmweiß)

Nicht schlecht, Herr Specht ähhh Hoffmann.

Etwas verwunderlich ist aber, dass die Leds offensichtlich im gleichen Fenster (auf 25mm Länge) wie die COB-Module von Citizen aufgebaut sind. Wenn die 1. und die 12. Led jeweils Anfang und Ende des Led-Bereiches darstellen, dann ist nur ein Abstand von 0,745mm zwischen den Leds.

Wird das bei höherer Bestromung nicht zu heiß?
Die Aluminium-Platine braucht doch auch seine Zeit, um entstehende Betriebswärme der Leds an einen Kühlkörper abzuführen.

Die Lichtausbeute (252 Lumen @350mA) der 3 Watt Variante gefällt mir.
6 Module (6x 9V = 54V) passen sehr gut an eine 350mA Phasenanschnitt-Konstantstromquelle (Meanwell PCD-25-350B (40 - 58V)).
Damit hätte man 6x 252 Lumen = 1512 Lumen bei gerademal 18,9W (23,05W inkl. Netzteil).

Mit nur 1 Euro je Modul mehr kann auch die 6 Watt Variante eingesetzt werden. Die bringt bei 350mA sogar 280 Lumen. In Summe 6x 280 Lumen = 1680 Lumen bei 18,69W (22,79W inkl. Netzteil).

[O.Mueller]

Hallo Achim,

dieser Artikel ist natürlich so aufgebaut dass er auch eine anständige lange Lebensdauer erzielt. Die Nichia LED sind so hochwertig dass das ohne Probleme funktioniert.

[Achim H]

Kannst Du mir bitte noch die Maßzeichnung zum Modul erklären?
Warum sind einige Werte in Klammern?
Was bedeutet "4- 7.25" oder "2- 3.55"?
Warum muss ich mir den Befestigungslochabstand (46mm +-0,6mm) selber ausrechnen?

[P.Sparenborg]

Es handelt sich bei "2- 3.55" um Toleranzen. Also 2mm bis 3.55mm.
Wir haben uns bei der Maßzeichnung 1:1 an bereits existierende von großen Herstellern orientiert. Es ist gut möglich, dass wir diese Zeichnungen im Laufe der Zeit noch optimieren.

[Achim H]

Das wäre aber ganz großer Käse.
Gerade auf die Konturen des Modul sollte man sich doch eigentlich verlassen können. Die 2-3,55mm würde die Tiefe der Ausfräsungen angeben, wo sich die Schrauben befinden werden. Und wenn dieses Maß nur so genau ist, dass entweder die Schrauben optimal oder schlechtestenfalls ein halbes Gewinde auf jeder Seite rausschaut, dann ist das ein himmelweiter Unterschied.

Befestigungs-Lochabstand somit: 45,9 bis 49mm (bei einem Modul mit 50mm Länge).

ModulZeichnung.jpg

[ustoni]

Ich habe bereits 3 Stück LED SmartArray, 12x Nichia LED, 6W, warmweiss in einem eigenen Projekt (Deckenfluter) verwendet. Die Lichtleistung dieser Module ist wirklich der Hammer! Die gelieferten Module hatten folgende Abmessungen:

Platine: 50,02 mm x 7,04 mm
Ausfräsung: ziemlich genau 3 mm

Ich würde allerdings immer empfehlen, die Module mit Wärmeleitkleber zu montieren. Eine Verschraubung entfällt dadurch, Toleranzen spielen also keine Rolle mehr.

Wichtig ist folgender Hinweis:

Laut Masszeichnung ist der Kathodenanschluss der Platine mit einem aufgedruckten K gekennzeichnet. Bei den gelieferten Modulen ist stattdessen ein Lötanschluss mit einem schwarzen Balken markiert.
Dieser Anschluss ist die Anode !!!!!

[Achim H]

Willkommen im Forum.

Ich würde allerdings immer empfehlen, die Module mit Wärmeleitkleber zu montieren. Eine Verschraubung entfällt dadurch, Toleranzen spielen also keine Rolle mehr.

Ich hätte vorgehabt, diese Module anzuschrauben, damit man diese auch auswechseln kann. Und zwar sollen diese parallel (also quer und nicht der Länge nach hintereinander) montiert werden. Wenn man hier mit Wärmeleitkleber arbeitet, dann bekommt man die Module nicht ab, insbesondere die in der Mitte und dann man müsste mit einem Meißel dran. Dabei könnten andere Module beschädigt werden. Gedacht waren die Module für eine Handlampe. Fetter, berippter Kühlkörper, ein paar Module drauf, ein halbes Plexiglasrohr als Schutz drumrum und oben einen Haken rein. Die Anfrage im Eingangspost ist für was anderes gedacht.

[ustoni]

Die Empfehlung, zu kleben, war eben auch nur eine Empfehlung. Aber auch, wenn geschraubt werden soll, musst Du in den Kühlkorper ohnehin Löcher bohren und Gewinde schneiden. Das machst Du dann eben erst, wenn die Module geliefert werden.

Wichtiger war mir eigentlich auch der Hinweis der Polung.

Um auf die Ausgangsfrage näher einzugehen:
Die Aluminiumplatine des Moduls funktioniert prinzipiell genauso wie eine Starplatine. In beiden Fällen reicht die Platine als Kühlung nicht aus. Sie dient nur zur vereinfachten Wärmeableitung an den eigentlichen (zusätzlichen) Kühlkörper. Zur korrekten Wärmeableitung wird zwischen Platine und Kühlkörper eine möglichst dünne und gleichmäßige Schicht Wärmeleitkleber oder Wärmeleitpaste aufgetragen. Hier gilt: je dünner die Schicht, desto besser der Wärmeübergang.

Zum Kühlkörper:
Gerade bei den 6 Watt Modulen ist es unbedingt erforderlich, den Kühlkörper ausreichend zu dimensionieren. Bei den technischen Daten eines Kühlkörpers wird der Wärmewiderstand in Kelvin je Watt (K/W) angegeben. Ein Wärmewiderstand von z.B. 4 K/W bedeutet, dass der Kühlkörper bei einer Leistungszufuhr von 1 Watt eine Temperatur von 4 Grad über Umgebungstemperatur erreicht. Bei einer Wohnzimmertemperatur von 25 Grad hätte der Kühlkörper also eine Temperatur von 29 Grad. Dementsprechend bei 10 Watt 40 Grad mehr, also eine Betriebstemperatur von 65 Grad Celsius.

Konkretes Beispiel:
Ich habe 3 Module Art.Nr. 53771 in Reihe geschaltet und nebeneinander auf einen Kühlkörper geklebt. Die Schaltung wird mit einer Konstantstromquelle 700 mA betrieben.
Je Modul ergibt sich daraus eine Leistung von 9,6 V x 0,7 A = 6,72 W, bei 3 Modulen also 20,16 W
Berücksichtigt man den Wirkungsgrad der LEDs müssen geschätzt ca. 17 W an Wärmeleistung abgeführt werden. Bei dem oben angenommenen Kühlkörper mit 4 K/W würde sich daraus eine Kühlkörpertemperatur von 93 Grad ergeben. Berücksichtigt man jetzt noch die Wärmeübergänge zwischen Kühlkörper und Platine sowie Platine zu LED, ergäbe sich eine Chip-Temperatur von fast 120 Grad. Lebensdauer und Lichtleistung würden drastisch sinken.
Ich habe einen Kühlkörper Typ "SK572 50" verwendet. Dieser hat einen Wärmewiderstand von 1,4 K/W. Bei 17 W ergibt sich eine rechnerische Temperaturdifferenz von 23,8 Grad und damit eine Kühlkörpertemperatur von 48,9 Grad. Gemessen habe ich im Dauerbetrieb eine Kühlkörpertemperatur von 51,2 Grad Celsius, die Rechnung passt also ganz gut. Die Chiptemperatur dürfte damit irgendwo zwischen 60 und 70 Grad liegen. Das bedeutet: lange Lebensdauer und eine Lichtleistung von gut 95% (LEDS.de möge mich korrigieren, falls erforderlich).

Fazit:
Kühlkörper "frei Schnauze" wählen kann teuer werden.

[Achim H]

Die Empfehlung, zu kleben, war eben auch nur eine Empfehlung. Aber auch, wenn geschraubt werden soll, musst Du in den Kühlkorper ohnehin Löcher bohren und Gewinde schneiden. Das machst Du dann eben erst, wenn die Module geliefert werden.

Ich habe zwar einen Keller, aber dort gibt es keinen Strom. Ohne Strom - keine Maschinen, kein Licht, usw. In solchen Fällen delegiere ich Aufträge an andere Personen. Auf deutsch: ich suche mir jemanden aus einem CNC-Forum, der mir Löcher und Gewinde in den Kühlkörper reinschnibbelt.

Was Kühlung angeht, da erzählst Du der falschen Person etwas. Ich habe genügend Erfahrung und weiß auch, wie man Kühlkörper berechnet.

Der ausgesuchte Kühlkörper hat 1,5K/W und eine 10mm dicke Grundplatte. Das reicht, um die Betriebswärme von knapp 24 Watt (5 Stück kaltweiße 6 Watt Module, allerdings nur mit 500mA bestromt) zügig aufzunehmen und über deren Kühlrippen mit der Umgebungsluft auszutauschen. Der Kühlkörper ist so massiv, dass dem auch kleinere Stürze nichts ausmachen werden (eben für den etwas rauheren Umgang). Die 10mm dicke Grundplatte ist hierbei sehr hilfreich, da Gewinde auch von der Seite und von Oben hinein geschnitten werden können, um den Haken und die Schrauben für das Plexiglashalbrohr zu halten.

Zum Kühlkörper bei Reichelt: V 7331G (75x100x40mm; 1.5K/W)

Eine Konstantstromquelle wird es nicht geben. Ich werde die 5 Arrays in Reihe über einen 5 Watt Widerstand mit 4,7 Ohm an einem 48V Netzteil betreiben. Pi mal Daumen 2000 Lumen dürften ja wohl für eine Handlampe genügen.

[ustoni]

Der Beitrag war nicht dazu gedacht, Dich zu belehren. Ich stöbere ganz gerne mal durch die Beiträge dieses Forums, um Ideen und Informationen zu sammeln. Und genau für solche Leute war der Beitrag gedacht. Dass ich Dir als LED-Profi - wie man an Deinen zahlreichen Beiträgen zu allen möglichen anderen Themen leicht erkennen kann - nichts Neues erzähle, war mir schon klar.

Bei der von Dir geplanten Bestromung mit 500 mA kannst Du bei Deinem Projekt gemäß Datenblatt der kaltweissen LED NFSW157AT-H3 sogar mit fast 3000 Lumen rechnen.

Ich wünsche Dir viel Spass mit Deinem Projekt, das wird auf jeden Fall eine imposante Leuchte - sehr kompakt und extrem hell.

Danke übrigens für den Link zum Kühlkörper, der sieht sehr brauchbar aus, werde ich wohl auch für ein späteres von mir geplantes Projekt (Fluter für den Eingangsbereich eines Hauses) verwenden.

[Achim H]

Den Kühlkörper gibt's bei Reichelt auch noch 1 Nummer größer (100x100x40mm 1,3K/W).

Ich habe die ganze Nacht damit verbracht, eine Maßzeichnung für die Handlampe anzufertigen. Insgesamt müssen 16 Gewinde in den Kühlkörper geschnitten werden (10x M3 für die 5 Arrays, 4x Sackgewinde M3x10mm für das Plexiglashalbrohr, 1x M3 für den Haken, 1x M8 für den Handgriff).

Und so sieht meine Zeichnung aus (Blattformat: A3 quer)

handlampe_bauteile.png

Edit (mittlerweile schon ein paar mal): 2x neues PDF, ein weiteres Bild, Bild 3x geändert, Rechtschreibfehler beseitigt

Ich hatte zuerst vorgehabt, einen Handgriff an einer 8mm Gewindestange zu befestigen. Diese Gewindestange wird jetzt ein 10mm Gewinderohr. Und das geht bis durch die 2. Rippe. Darin verschwindet das Kabel. Damit die Kabel aber von der Oberseite bis ans Ende des Rohr gelangen können, müssen noch 2 Löcher durch die Bodenplatte gebohrt werden.

Das sieht dann ungefähr so aus:

handlampe.pdf

Betreiben werde ich die Arrays mit einem Meanwell PLN-30-48 (typ. 48V/0,63A). Der Strom ist über einen auf der Unterseite des Schaltnetzteil befindlichen Trimmer im Bereich von -25% bis +3% einstellbar, das Gerät funktioniert als Konstantstromquelle im Bereich von 33,6 bis 48V (siehe Datenblatt).

Datenblatt PLN-30

[ustoni]

Die Zeichnung sieht gut aus.
Ich habe mal das Datenblatt des Citizen-On-Board Moduls, Art.Nr. 67871 aufgerufen. Auf Seite 2 des Datenblatts findet man nochmal die Maßzeichnung in vernünftig lesbarer Form. Hier ist auch korrekterweise die Anodenmarkierung dargestellt. Woher LEDS.de die Maßzeichnung für die Nichia Module hat, ist mir schleierhaft.
Auf Seite 8 ist eine Maßzeichnung für die empfohlenen Montagebohrungen abgebildet. Der Lochabstand ist hier mit 46,5 mm angegeben.
Mit 47 mm liegst Du damit auf jeden Fall auf der sicheren Seite.

[Achim H]

Woher LEDS.de die Maßzeichnung für die Nichia Module hat, ist mir schleierhaft.

So eine Zeichnung macht man sich selber. Die Nichia Arrays sind schließlich eine Eigenkonstruktion von Lumitronix.

Auf Seite 8 ist eine Maßzeichnung für die empfohlenen Montagebohrungen abgebildet. Der Lochabstand ist hier mit 46,5 mm angegeben.
Mit 47 mm liegst Du damit auf jeden Fall auf der sicheren Seite.

Eigentlich nicht. Ich habe einfach 47mm angesetzt, weil ich hoffe, dass die Toleranzen hier nicht so extrem sein werden. Laut Erklärung von P.Sparenborg kann die Ausbuchtung an jedem Ende um bis zu 1,55mm (die Tiefe beträgt laut Detailzeichnung: 2-3,55mm an jeder Seite, Abweichung somit 2x 1,55mm = 3,1mm) abweichen und damit könnte der Befestigungslochabstand schlechtestenfalls 49mm breit sein. Da Du diese aber nachgemessen hast, habe ich Dir einfach mal geglaubt. Theoretisch könnte ich also noch auf die Fresse fallen.

[P.Sparenborg]

Die Toleranzen sind wahrscheinlich aktuell zu hoch angegeben. Da wir noch nicht einmal 10.000 Stück dieser Module produziert werden wir sicherlich aufgrund von Verbesserungen die wir nach und nach durchführen noch genauere Angaben machen bzw. werden in jedem Fall so oder so die Datenblätter und Zeichnungen noch sehr viel professioneller anfertigen. Wir sind von der massiven Nachfrage hier überrascht gewesen und hatten wenn man die erhebliche Nachfrage bedenkt das Produkt eventuell auch einfach ein paar Wochen zu früh veröffentlicht.

[ustoni]

Hallo, Achim!
Lehn Dich entspannt zurück, inklusive P.Sparenborg haben wir die Maßzeichnung einfach falsch interpretiert. Du solltest den Lochabstand . wenn noch möglich - auf 46,5 mm verkleinern. Öffne einfach mal das Datenblatt des Citizen-Moduls wie oben angegeben.

Auf Seite 2 findest Du wie erwähnt eine deutlichere Zeichnung des Moduls. Auf der linken Seite findest Du den Abstand der linken Kante des Lötpads zur linken Kante des Moduls.
Dieser ist angegeben mit 2- 7.25. Nach unserer bisherigen Interpretation würde das ja 2 bis 7,25 mm bedeuten, was natürlich vollkommener Unsinn ist. Sieht man genau hin, fällt auf, dass zwischen der 2 und dem Minuszeichen kein Leerzeichen ist. Die Angabe ist logischerweise wie folgt zu interpretieren: die Angabe 7,25 mm gilt für 2 Positionen: linkes Pad und rechtes Pad.

Dementsprechend bedeutet die Angabe zur Tiefe der Aussparung auf der rechten Seite der Zeichnung (2- 3.55), dass die Aussparung mit einer Tiefe von 3,55 mm an 2 Positionen vorhanden ist, nämlich 1x links und 1x rechts.

Auf so was muss man natürlich erst mal kommen, eine Zeichnung mit solchen Maßangaben habe ich bisher noch nicht gesehen.

Die Fertigungstoleranzen sind unterhalb angegeben:

Tolerances unless otherwise specified : ±0.3

Für die Aussparungstiefe gilt also: 3,55 mm +/- 0,3 mm = 3,25 - 3,85 mm

So eine Zeichnung macht man sich selber. Die Nichia Arrays sind schließlich eine Eigenkonstruktion von Lumitronix.

Die Arrays schon, die Platinen aber offensichtlich nicht.

[Achim H]

So eine Zeichnung macht man sich selber. Die Nichia Arrays sind schließlich eine Eigenkonstruktion von Lumitronix.

Die Arrays schon, die Platinen aber offensichtlich nicht.

Gibt doch genügend Firmen, die Metallkern-Leiterplatten oder als Verbund (FP4 oder Flexplatine auf Aluminium oder Kupfer) herstellen.

Google mal nach
IMS-Leiterplatten (IMS = Insulated Metallic Substrate)
Metall Matrix Composites (kurz: MMC)

[ustoni]

Hallo, Achim,

die Bemerkung war eigentlich Nebensache. Es ging mir um die Toleranzen.

Poste doch einfach mal ein paar Fotos von Deiner Leuchte wenn es soweit ist.

Gruß

Uwe (u) stoni

[lucky_luke]

Hallo,

ich wollte nur mal kurz was zum Thema Befestigung der Arrays beitragen. Ich finde es etwas übertrieben Gewinde zu schneiden. Bei meinem letzten Bauvorhaben hab ich einfach mit ner Ständerbohrmaschine Löcher in die Kühlkörper gebort und passende Blechschrauben reingeschraubt. Die Schraube schneidet sich ihr Gewinde dann sozusagen selbst Hält Bombenfest und die Schrauben lassen sich auch mehrmals rein und wieder raus drehen. Nur mal als Anregung, funktioniert wirklich super und ist viel schneller gemacht.

Gruß Lukas

[Achim H]

Bei meinem letzten Bauvorhaben hab ich einfach mit ner Ständerbohrmaschine Löcher in die Kühlkörper gebort und passende Blechschrauben reingeschraubt.

Im Prinzip hast Du recht. Ist etwas übertrieben. Ich habe leider keine Ständerbohrmaschine (ich habe noch nicht einmal Licht in meinem Keller) und das dazugehörende Werkzeug fehlt mir auch (Schraubstock, Gewindebohrer, usw.), ansonsten hätte ich es selbst gemacht.

Ich habe eine Anfrage in einem CNC-Forum gestellt, worauf sich diese Person gemeldet und mir seinen Preis genannt hat. Ich habe diesen Preis akzeptiert und auch schon bezahlt.

2 Gewinde hätten ohnehin reingeschnitten werden müssen, weil dort hinein etwas rein soll, was es nicht selbstschneidend gibt: 1 Gewinderohr M10, 1 Schraubhaken M3. Derjenige, der mir die Kühlkörper bohrt und auch die Gewinde reinschnibbelt, war so supergünstig, sodass nun alle Schraublöcher mit einem echten Gewinde versehen werden. Wieviel Arbeit derjenige damit hat und wieviele Gewindebohrer ihm möglicherweise abbrechen werden ist somit nicht mein Problem.

[Achim H]

Heute sind meine 5 weißen 6 Watt Arrays angekommen. Erster Eindruck: Befriedigend bis Gut.
Durch das Ritzen des Aluminiumträger (vor dem Auseinanderbrechen der Module) ist ein Grad entstanden, der deutlich fühlbar ist. Dieser Grad muss vor dem Anbringen der Module entfernt werden (Platine liegt sonst nicht plan auf). Etwas herzlos wurden alle Module in eine Antistatik-Tüte geworfen und eingeschweißt. Die Arrays lagen übereinander, teilweise auch Led auf Led. Für 5 Arrays mit einem Wert von fast 50 Euro hätte ich etwas mehr Sorgfalt erwartet.

[Achim H]

Ich habe gerade die Mitteilung erhalten, dass meine Kühlkörper fertig sind. Abgeschickt werden diese aber erst am Dienstag. Macht nix, muss ich halt noch einen Tag länger warten.

Wer schon immer mal wissen wollte, wie die Leds auf dem Array montiert wurden:

6w_modul.png

[Achim H]

Die Bekloppten sterben nicht aus.

Ich habe gerade bemerkt, dass die Zeichnung für den Kühlkörper einen Fehler enthält und die Dinger sind schon fix und fertig gebohrt und werden heute an mich abgeschickt. Das M10-Gewinde ist falsch. Ich habe das als Standardgewinde eingezeichnet und dabei brauche ich doch ein Feingewinde (M10x1).

Dumm gelaufen.
Jetzt muss ich mir noch ein Rohr machen lassen, das außen ein normales M10-Gewinde (1,5mm Steigung) hat.


Nachtrag (Sa. 10.09.2011 kurz vor 18:00 Uhr):
Leider sind die Kühlkörper bis heute nicht bei mir angekommen. Möglicherweise liegt es nur an der Auslieferung der Post. Möglicherweise liegt es auch an was anderem. Der Maschinenbau-Ingineur, der mir die Kühlkörper bearbeitet (bzw. hat), meldet sich nicht per Mail. Warten wir mal bis Montag/Dienstag, vielleicht kommen die ja noch.

Das M10 Gewinderohr habe ich übergangsweise durch eine M10x25 Schraube (die wollte mir der Mensch auch herstellen) ersetzen lassen. Dann kann ich die KK andersweitig anschrauben. Nächsten Monat, wenn ich wieder etwas mehr Geld zur Verfügung habe, lasse ich mir einen Kühlkörper noch einmal herstellen, dann aber mit dem richtigen M10 Feingewinde. Die KK, die ich jetzt bekomme, schmeiße ich deswegen aber nicht weg. Zum Experimentieren sind die noch brauchbar.

[lucky_luke]

Die Verpackung der LEDs hat mich bei meiner ersten Bestellung bei Lumitronix auch sehr gewundert. Da könnte man sich wirklich ein bisschen mehr Mühe geben!

[Tombak]

Hallo Achim,
ich frage mich gerade was du damit vorhast. Ich habe heute auch ein Modul mit 6W bekommen und versuchsweise mit einer 500mA KSQ aufgebaut. Das ist der Hammer was da heraus kommt. Ich war für mehrere Minuten blind Das kenn ich eigentlich nur vom schweissen daß, man sich die Augen verblitzt. Soll es eine Handlampe werden?

Das Modul lies sich etwas schwierig löten, ich dachte ich zerstöre es noch bevor das Lot schmilzt. Ich vermute die Hitze wird vom Pad direkt weiter Transportiert, das Modul wurde schon ziemlich heiß dabei.

[Achim H]

Ich habe heute auch ein Modul mit 6W bekommen

Auch kaltweiß?

Soll es eine Handlampe werden?

Ganz genau, eine Handlampe wird das.
Zum Schutz der Module kommt noch ein halbes, klares, 80er Plexiglasrohr (5mm neben der Mitte, längs aufgeschnitten = 74mm Innenmaß) drum. Um 1,68mm muss ich das Rohr bei der Montage aufbiegen, damit es über den Kühlkörper (Breite = 75mm) passt.

handlampe_rohr.png

Das Modul lies sich etwas schwierig löten, ich dachte ich zerstöre es noch bevor das Lot schmilzt.

Da muss man gleich mit 350 bis 400 Grad dran und der Lötkolben sollte auch etwas mehr Power haben (ab 40 Watt aufwärts). Das Lot muss schnell flüssig werden, noch bevor die Wärme vom Alu abgeleitet werden kann. Dazu ist es sinnvoll, die Kontakte erst zu verzinnen, bevor man die Kabel anlötet. Und immer nur 1 Seite löten. Dann erst abkühlen lassen, bevor man die andere Seite lötet.

Ich habe meinen Bohrmeister gestern noch erreicht. Das Paket ist unterwegs. Ergo trödelt mal wieder die Post.