Selbstbau Pendelleuchte mit High-Power LEDs

[huelke]

Hallo zusammen.

Ich hab euer Forum schon länger als "passiver Leser" auf meiner täglichen ToDo Liste. Ist wirklich eine super Community!

Ich habe zwar schon viel mit LED Stripes und co gearbeitet, aber nun möchte ich mal einen Schritt weiter gehen.
Mein Projekt: Eine schlanke und breite LED Esszimmer Pendel Leuchte.

Grundlegende Idee:
Ein Alu H-Profil 30x15 mm und eine Länge von ca. 1,6 Metern.
Unten in das "H" kommen abwechselnd Highpower LEDs mit Kaltweiß und Warmweiß - ein Paar sitzt immer recht dicht beieinander zwischen den Paaren ist etwas Abstand.
Das H wird nach unten Hin durch einen eingeklemmten Plexiglas Streifen (lichtstreuend) abgeschlossen.
Oben im H hätten Strangkühlkörper platz.

Die WW und CW LEDs werden getrennt angesteuert und über einen 12v WW/CW (pwm) Controller "gemischt" und gedimmt.



Viele LED Lampen in der Art haben bei 1,4 Meter 8 Lampen á 3 Watt (Herstellerangaben).
Ich betrachte ein Paar als eine Einheit und hatte mich jetzt einfach mal auf 12 Paare festgelegt.
Die CW/WW Dioden werden vermutlich nie gleichzeitig auf voll Power laufen - eher so das gesamt MAXIMAL 100% rauskommen: 100%/0%; 80%/20%; 50%/50%; 30%/70% etc....
Als LEDs dachte ich an Samsung 3535er (http://www.*********/shop/samsung-3535-ce ... 3godKTQAsw) die sind recht preiswert und erscheinen effizient.

1. Ist das eine geeignete Anzahl/LED Art für eine Esstisch Lampe?

2. Bei NT 12+ Volt (variabel) und 3v der LED dachte ich an jetzt 4 LEDs in Reihe und das 3x parallel um auf 12 Leuchten zu kommen. Richtig?
Natürlich bekommt jede Reihe einen kleinen Vorwiderstand zur Matrialschonung. Oder lieber eine Konstant Strom Quelle?

3. Die LEDs werden ja auch mit "Stern" Platinen o.Ä. verkauft. Ich brauche ja eher "Streifen" (breite ~ 10 mm - max 13 mm). Hatte da was zu gefunden: (http://www.*********/de/High-Power-Zu ... 6_111.html) nehme aber an das das nicht zu meinen LEDs passt.
Ausserdem wäre es mir lieber wenn WW und CW LED nicht >3 cm auseinander liegen würden. Kann mir die theoretisch auch selbst ätzen, aber fertig wäre mir lieber.
Habt ihr da Tipps zu?

4. Wie sieht das mit der Abwärme aus?
Bei 12 Paaren würden die Paare jeweils ~ 12 cm auseinander liegen, das Profil ist aus Alu. Je nachdem was da so gefordert wird, kann ich wie erwähnt das "H"-Profil oben mit Strangkühlern (z.B. X * 10 * 10 mm - habe noch nichts geeignetes gefunden) befüllen.
Habe zwar euren Onlinerechner ausprobiert aber leider so garkeine Ahnung was ich da für Werte annehmen muss.
Wie warm würde so eine Lampe (das H-Profil)? Nicht das mir die Plexiglas Scheibe schmilzt!


Wenn Ihr mir bei meinem Projekt weiterhelfen könntet wäre ich euch sehr dankbar.


Grüße
Huelke

[Achim H]

Willkommen im Forum.

Grundlegende Idee:
Ein Alu H-Profil 30x15 mm und eine Länge von ca. 1,6 Metern.
Unten in das "H" kommen abwechselnd Highpower LEDs mit Kaltweiß und Warmweiß - ein Paar sitzt immer recht dicht beieinander zwischen den Paaren ist etwas Abstand.
Das H wird nach unten Hin durch einen eingeklemmten Plexiglas Streifen (lichtstreuend) abgeschlossen.
Oben im H hätten Strangkühlkörper platz.

Das bißchen Alu reicht keinesfalls aus, um 24 Leds zu kühlen. Durch den waagerechten Mittelsteg des H-Profil hat die Umgebungsluft überhaupt keine Chance an die Rippen der Kühlkörper heran zu kommen. Und ohne Wärmeaustausch würden die Kühlkörper (und damit auch die montierten Leds) immer heißer werden. Nach ungefähr 5 Minuten ist der Spuk wahrscheinlich vorbei und die 1. Led tot.

[huelke]

Hallo Achim.
Vielen Dank für deine Antwort.

Ich muss sagen das mich das hat mich schon überrascht, da ich dachte bei dem großen Abstand (12 cm) zwischen den Paaren und entsprechend langen Strangkühlkörper hätte ich das schon überdimensioniert - zum mal die beiden paar-leds ja nie zeitgleich auf voller Power laufen.
Also hat jedes LED-Paar einen "eigenen" Kühlkörper der Größe vom 14 x 10 x 120 mm - das erschien mir schon sehr viel.

Ich muss dazu sagen das mein Bild natürlich nur eine Skizze war ohne das die Maßstäbe gestimmt hätten.
Und den Kühlkörper habe ich auch nur "symbolisch" angedeutet, eine Quer-Rippung ist hier vermutlich nicht angebracht sondern lange Längs-Rippen oder Stifte - ließ sich so aber besser zeichnen/verdeutlichen.
Sollte sowas hier werden: http://www.*********/de/High-Power-Zu ... 6_114.html
Damit der auch passt habe ich jetzt ein etwas breites Profil gewählt (2x3 statt 1,5x3) und das ganze mal maßstabsgetreu skizziert:

Durch den waagerechten Mittelsteg des H-Profil hat die Umgebungsluft überhaupt keine Chance an die Rippen der Kühlkörper heran zu kommen.

Das verstehe ich nicht so ganz, das Profil ist doch oben offen, oder meinst du weil sich durch Quergerippte Kühlkörper und den äußeren Stege des H Profils die Luft nicht seitlich bewegen kann?

Danke für die Tipps

[Achim H]

Dein Problem ist, dass die Seitenwände des Aluprofil höher als der Kühlkörper sind und beide Stirnende verschlossen werden. Kaltluft könnte (wenn überhaupt) nur über die Seitenwände zu den Rippen strömen. Bis dorthin gelangt es aber nicht. Da Warmluft bekanntlich leichter ist und aufsteigt, reißt es die Kaltluft mit.

Der Strangkühlkörper (SK 552 von Fischer Elektronik) hat bestenfalls einen Wärmewiderstand von 7,9K/W. Bedingt durch die Einbaulage (Rippen nach oben hin offen) wird seine Kühlleistung* auf 70% herunter gesetzt. Dadurch verändert sich der Wärmewiderstand auf bestenfalls 11,3K/W.

* da das Aluprofil den Kühlkörper rundum einfasst, wahrscheinlich nur 50% oder noch weniger. Der Rippenabstand ist mit 2,67mm auch nicht sehr breit. Wahrscheinlich bräuchtest Du sogar noch einen Lüfter, um die Warmluft zwischen den Rippen heraus zu blasen.

Noch nicht mitgerechnet:
2 zusätzliche Wärmeübergangswiderstände (von den Leds zum H-Profil, vom H-Profil zum Kühlkörper).
+ die Alu-Platinen unter den Leds.

Spinnen wir die Sachlage einfach mal weiter.

Bei einer Raumtemperatur von 25°C und einer maximalen Kühlkörpertemperatur von 70°C könnten bestenfalls 4 Watt Leistung gekühlt werden.
75°C - 25°C = 45°C --> gleichbedeutend mit 45K
45K / 11,3K/W = 3,98 W (bestenfalls)

Da Du vorhast, 2 Leds zusammen mit einer Gesamtleistung von 100% zu fahren, sind die nachfolgenden Rechnungen nur mit 12 Leds.

4 Watt / 12 Leds = 0,33 Watt je Led --> entspricht einem Led-Strom von ca. 120mA.
Und das bedeutet, dass nur noch ungefähr 30% vom Nominaloutput (bei den weißen Leds wären das 30% von 160 Lumen = ca. 48 Lumen) aus jeder Led heraus kommen.

48 Lumen x 12 Leds = 576 Lumen --> entspricht ungefähr einer 50 Watt Glühlampe.

Für mehr Licht reicht die Kühlleistung nicht.

Die Länge des Kühlkörper macht hier keinen Unterschied.
Der SK552 hat einen Wärmewiderstand von
7,9K/W @ 200mm Länge,
7,9K/W @ 1000mm Länge.
Und damit auch 7,9K/W @ 1,6m Länge.

[Loong]

Die Länge des Kühlkörper macht hier keinen Unterschied.

Selbstverständlich macht sie das. Bei einer verteilten Montage einer Abzahl von LED auf einem ausgedehnten Kühlkörper kann man näherungsweise den Kühlkörper in Einzelabschnitte aufteilen, hier und anderswo habe ich mich bereits darüber ausgelassen.

[stoske]

Das Problem hier ist nicht die Kühlung oder der Kühlkörper, sondern der Umstand,
dass das so produzierte Licht und die Lichtwirkung ziemlich fürchterlich wird.
Bei diesen Abständen wird man deutlich getrennte Lichtflecken bekommen und
ebenso klar sichtbare Schattenfächer, wunderbar kontrastreich, differenzierbar,
scharf und hässlich.

Empfehlenswert ist hier eigentlich nur, deutlich schwächere LED zu nehmen, aber
die Anzahl so zu erhöhen, dass die LED einen durchgängigen und homogenen
Streifen ergeben. Das macht nicht nur das Licht bedeutend besser und weicher,
verhindert Schattenfächer und überstrahlte Punkte, sondern vereinfacht auch die
Kühlung so weit, dass die geplante Leiste völlig ausreicht. Ein oft zitiertes Beispiel:
120 Superflux, 2400 Lumen für Total rund 18 Watt, billiges Netzteil, einfache
PWM-Dimmung. Zur Kühlung reicht ein U-Profil, Kühlrippen unnötig. Genau so was
hängt bei uns in der Küche. Oder fertige Leisten kaufen.

[Achim H]

120 Superflux, 2400 Lumen für Total rund 8 Watt

Diese Rechnung geht nicht auf. Bei 20 Lumen je Led komme ich auf 18 Watt (ohne Vorwiderstände).

Der SK 81 besitzt bei 100 m Länge einen Wärmewiderstand von etwas mehr wie 2 K/W.

Wie hoch mag der Wärmewiderstand wohl auf 1m (100cm) sein?

[tvetter]

zu 1.) Ich würde auch auf die Lichtfarbe der LED achten. 5000K ist ziemlich kalt.

Alternativ könntest du auch über die hier nachdenken:
http://www.leds.de/Low-Mid-Power-LEDs/S ... -Star.html

Dann nimmst du 20 oder 24 von denen auf Star-Platine und hast auch weniger Probleme mit der Kühlung und auch die Ausleuchtung sollte gleichmäßiger sein.

[Loong]

Wie hoch mag der Wärmewiderstand wohl auf 1m (100cm) sein?

Der ist vollkommen uninteressant, warum, das habe ich beschrieben.

Edit: Im verlinkten Artikel muß es natürlich anstatt "100 m" natürlich "100 mm" heißen. Böser Tippfehler...

[tvetter]

Naja da hab ich wohl nicht alles gelesen . Willst Warmweiß und Kalrweiß mischen.

[stoske]

> Diese Rechnung geht nicht auf

Sorry, Schreibfehler. Danke, korrigiert.

> Willst Warmweiß und Kalrweiß mischen.

Das ist prima, mache ich auch oft.

[tvetter]

Zum Wärmewiderstand: Die Angaben sind ja immer für eine punkförmige Wärmequelle.
Wenn die Led-Paare 12 cm außeneinderliegen dann kannst für jedes Paar von einem Wäremwiderstand von 8K/Watt ausgehen. Der Rest der Rechnung von Achim ist ja richtig. Also 4 Watt pro Paar sollte auf jedem Fall gehen.

[Loong]

Dann habe ich Achim falsch verstanden und entschuldige mich dafür.

[huelke]

Wow! Vielen Dank für die vielen Antworten und Tipps.

Da hatte ich einiges zu lernen!

Zuerst zur Kühlung:
Die Rechnung von Achim hat mir aber sehr gut vor Augen geführt wie das so funktioniert! Herzlichen Dank dafür.
Ich war aber erst verwirrt, das länge des Kühlkörpers keine Rolle spielen sollte, aber das wurde ja bereits aufgeklärt.


Als erstes werde ich mal einen etwas höheren Kühlkörper verwenden (SK 558 http://www.fischerelektronik.de/web_fis ... chia%20219 - hat jemand damit Erfahrung?
Ich werde das aber erstmal nur mit 2 LEDs testen um den Hinweis von Stoske "Schattenwurf" zu überprüfen.
Die verwendete Plexiglasscheibe (Satinice 0D010 DF) ist aber sehr gut Lichtstreuend - hab ich schon mehrfach mit RGB Stirpes im Éinsatz - Insofern bin ich guter Hoffnung das das Licht ausreichend diffus wird.

Wie das so mit High CRI Lampen ist haben die aber eine viel schlechtere Lichtausbeute.
Wenn ich die mit 1A beströme sollten das so 210 Lumen bei 3,5 Watt sein,
bei nur 0,75A sind es ca. 170 Lumen bei 2,5 Watt

1A => Gesamt (x12) 2520 Lumen, 42W
0,75 => Gesamt (x12) 2040 Lumen, 30W
Reicht das aus als Esstischbeleuchtung?
Die Tischfläche ist 100cmx220cm...

Sollte ich auf 1A gehen - der Kühler müsste es ja noch mit machen und pwm Dimmen kann man ja immer noch?


Also nochmals vielen Dank für Eure rege beteiligung!
Ich hab schon so viel dadurch gelernt

THX, Huelke

[Achim H]

2520 Lumen entspricht dem Licht von 1 Stück 150 Watt Glühlampe.
2040 Lumen entspricht dem Licht von 2 Stück 75 Watt Glühlampen.

Meinst Du nicht, dass das etwas hell sein könnte?
Immerhin möchtest Du nur eine Tischplatte beleuchten.

Nur als Zusatz-Info:
Ich beleuchte mein komplettes Wohnzimmer (ca. 10m²) mit 1680 Lumen (etwas heller als eine 100 Watt Glühlampe, CRI=85).
Das sieht so aus: viewtopic.php?f=31&t=12457