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:
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).
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:
Am langen Schenkel werden drei Bohrungen angebracht:
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.
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.
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 (47.04 KiB) 19663 mal betrachtet
Hierzu wird auf die Goldkontakte zunächst etwas Flussmittel aufgetragen. Dann wird die jeweilige Fläche satt verzinnt (Temperatureinstellung Lötstation: 360°C):
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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:
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
