LED Leuchte mit Nichia Smart Array | Nano Aquarium

Anleitungen für "hausgemachte" LED Projekte

Moderator: T.Hoffmann

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flipmode
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Mo, 18.08.14, 22:15

Hallo!

schon länger bin ich auf der Suche nach einer guten Aquarienbeleuchtung, welche für Pflanzen die nötige "Energie" aufbringen kann und zugleich Stromsparend ist.
Die auf dem Markt erhältlichen LED-Beleuchtungen für Aquarien, verwenden entweder billige Emitter oder verbauen einfach zu wenig.

Ein Eigenbau der Leuchte kam zuerst wegen fehlender Steuerungsmöglichkeiten ( Sonnen Auf-Untergang durch Dimmer + Zeitsteuerung ) nicht in Frage. Durch Zufall habe ich
allerdings von einem PWM - Erweiterungsmodul für das Arduino Nano Board erfahren, mit insgesamt 8 Kanälen lässt sich für ein Nanobecken sicherlich einiges anstellen.

Bestellt wurde nun folgendes:

4 53788 LED SmartArray, 6x Nichia LED, 4W, kaltweiß 6500K
1 65702 Nichia NCSB119 32lm, blau, mit Platine (10x10mm)
1 65716 Nichia NCSR119 53lm, rot, mit Platine (10x10mm)
1 60007 Arctic Silver 5 Wärmeleitpaste (3.5g)

Mit diesem Setup möchte ich insgesamt 1800 Lumen erzeugen, dies entspricht in etwa meiner derzeitigen Beleuchtung mit zwei mal 11W Leuchtstoffröhren.
Blau/Rot werden Anteilig zu den 6500K LED Arrays Eingemischt und dienen zugleich zur Simulation von Sonnenuntergang & Mondphase. Noch Unklar ist, wie hoch die thermische Belastung sein wird und wie gut sich die eingebrachte Wärme durch den Aluminium-Vollkörper ableiten lässt.

Die Planung für das Aluminium-Frästeil ist noch nicht komplett abgeschlossen. Erst dachte ich an eine Klebeverbindung zwischen LED-Array und Alukörper, nun werde ich mich wohl doch für eine Klemm- oder Schraubverbindung entscheiden. Vielleicht hat hier jemand Erfahrung, mit welcher Wärmeentwicklung ich bei 4 x LED SmartArray, 6x Nichia LED, 4W zu rechnen habe? Die Arrays sind ab dem 22.08 wieder verfügbar, mit etwas Glück kann ich also in einer Woche mit dem Projekt durchstarten.

Grüße - Jürgen
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Leuchte Grundkörper | Rohteil
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Leuchte mit Acrylabdeckung | Unterseite
Borax
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Di, 19.08.14, 08:48

Noch Unklar ist, wie hoch die thermische Belastung sein wird und wie gut sich die eingebrachte Wärme durch den Aluminium-Vollkörper ableiten lässt.
Wir rechnen üblicherweise mit elektrische Leistung = Thermische Belastung. Das ist zwar übertrieben (gut 30% der eingespeisten Leistung werden ja schließlich zu Licht), aber damit ist man auf der sicheren Seite. Bei passiver Kühlung gilt: Man kann nie zu viel kühlen, nur zu wenig.
Wenn ich mir Deine Zeichnung ansehe, würde ich sagen, der 'Kühlkörper' würde vmtl. für 2 Smart Arrays reichen. Aber nicht für 4... Der Wärmewiderstand liegt bei etwa 5K/W
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Di, 19.08.14, 10:10

Ich hatte bereits so eine Befürchtung, der Alukörper misst etwa 140mm x 260mm x 10mm.
Kühlkörper, bzw. Kühlrippen wollte ich eigentlich vermeiden, aus optischen Gründen.

Dann kommt für mich wohl nur eine Wasserkühlung in Frage?
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stoske
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Di, 19.08.14, 10:46

> Dann kommt für mich wohl nur eine Wasserkühlung in Frage?

Nein. Da kämen noch sehr viele andere Dinge in Frage. So produzieren die
Leuchtstoffröhren ein sehr weiches, diffuses und schattenfreies Licht mit
einer gänzlich anderen Abstrahlung. Man könnte statt des Kühlkörpers auch
das Licht simulieren, dann würde die Auswahl der LED und auch der Kühlkörper
völlig anders aussehen. Man könnte auch deutlich mehr LED verwenden um
eine wesentlich bessere Lichtabstrahlung zu erreichen, Schlagschatten und
Schattenfächer zu vermeiden und die entstehende Hitze so viel besser zu verteilen,
dass gar keine(!) Kühlung mehr benötigt wird.

Wenn man schon die Effizienz nicht sonderlich steigern kann, sollte wenigstens
das Resultat, also das Licht, besser werden, nicht schlechter.
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Di, 19.08.14, 12:49

Für Vorschläge / Kritik bin ich natürlich offen! Allerdings kann ich aktuell mit den Vorschlägen nicht viel Anfangen...
Man könnte statt des Kühlkörpers auch
das Licht simulieren, dann würde die Auswahl der LED und auch der Kühlkörper
völlig anders aussehen.
Aus dem Satz werd ich nicht wirklich schlau - kann man dies vielleicht ausführlicher Erklären?
Man könnte auch deutlich mehr LED verwenden um
eine wesentlich bessere Lichtabstrahlung zu erreichen, Schlagschatten und
Schattenfächer zu vermeiden
Jedes Array wird einzeln angesteuert, mir geht es ja genau darum eine angepasste Beleuchtungssituation für mein Becken herzustellen.
Ein völlig Gleichmäßig ausgeleuchtetes Becken ist definitiv nicht mein Ziel.
und die entstehende Hitze so viel besser zu verteilen,
dass gar keine(!) Kühlung mehr benötigt wird.
Da stimme ich zu, man hätte natürlich auch einzelne COB-Module verwenden und so den Wärmeeintrag besser verteilen können.
Das ganze würde zum einen sicherlich meinen Kostenrahmen sprengen, zum anderen sind die ausgewählten Arrays die einzigen welche mix 6500K angegeben sind.
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stoske
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Di, 19.08.14, 13:24

> Aus dem Satz werd ich nicht wirklich schlau - kann man dies vielleicht ausführlicher Erklären?

Nun, der Kühlkörper wurde offensichtlich in einem 3D-Programm gebaut. Damit man überhaupt
etwas sieht, braucht man eine Lichtquelle. Die beleuchtet den Körper. Hier wurde nur die
Standard-Lichtquelle benutzt. Genauso gut könnte man die Lichtquelle selbst simulieren und
dann schauen welche Wirkung die LED auf das Aquarium haben. So kann man virtuell simulieren
welche LED wie wirkt. Wie sich Position, Lage und Abstrahlwinkel auf das Aquarium auswirken.
Alle diese Daten der LED sind bekannt, also kann man sie auch gleich simulieren, inkl. Schatten-
wurf, Helligkeit usw. Dann sieht man ob es klappt, bevor man was gebaut oder gekauft hat.

> Jedes Array wird einzeln angesteuert, mir geht es ja genau darum eine angepasste Beleuchtungssituation für mein Becken herzustellen.
> Ein völlig Gleichmäßig ausgeleuchtetes Becken ist definitiv nicht mein Ziel.

Prima. Die Frage ist, wie hast du ermittelt, dass sich die gewünschte Situation auch einstellt?
Wie kommst du darauf, genau vier Arrays genau so zu platzieren? Wenn nicht mit dem Wissen(!)
dass sich damit der gewünschte Effekt einstellt? Wenn du ohnehin in einem 3D-Programm bist,
kannst du das doch auch gleich simulieren.

> Da stimme ich zu, man hätte natürlich auch einzelne COB-Module verwenden und so den Wärmeeintrag besser verteilen können.
> Das ganze würde zum einen sicherlich meinen Kostenrahmen sprengen, zum anderen sind die ausgewählten Arrays die einzigen welche mix 6500K angegeben sind.

Nun, da das mit der Kühlung so wahrscheinlich nicht klappt, wirst du das ohnehin etwas ändern müssen.
Und das teuerste ist, wenn alles fertig ist, und nicht wie gewünscht funktioniert, oder gar verbrutzelt.
Ich rate nur dazu, den Weg ein paar Schritte zurückzugehen, statt den falschen weiter. Statt also über
eine Wasserkühlung nachzudenken, was Kosten und Aufwand deutlich erhöht, würde ich zuerst wissen(!)
wollen, ob der Weg überhaupt der richtige ist. Drum der Vorschlag, falls möglich, gleich das Licht als
solches zu simulieren um die vorhandenen Konstellation zu prüfen bevor man weitermacht.
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Di, 19.08.14, 13:43

Ich habe mir diesbezüglich natürlich im Vorfeld den Kopf zerbrochen und Gedanken gemacht. Soweit möglich hatte ich auch mittels Prototypen über dem Becken experimentiert!

Simulationsmodule sind nicht automatisch in jeder 3D-Konstruktionssoftware inklusive. Mechanische Belastungsanalysen sind machbar, für alles weitere muss man Module hinzukaufen.
Letztendlich möchte ich kein Spaceshuttle bauen, nur eine LED-Leuchte... ohne jährliche Wechsel der Leuchtmittel wie es bei Leuchtstoffröhren der Fall ist.

Wäre das Becken größer, würde ich sofort einen Kühlkreislauf durch die Leuchte ziehen und eine Wärmerückgewinnung realisieren um das Becken zu heizen.
Bei nur 25l Nettoinhalt dürfte das Becken innerhalb kurzer Zeit "kochen"

Vielleicht kann man mir ja konkrete Vorschläge unterbreiten, die Kühlung effektiver zu gestalten? Gerne verwerfe ich auch die Anordnung der einzelnen Module..
Ausleuchtung_120grad.png
Zuletzt geändert von flipmode am Di, 19.08.14, 16:07, insgesamt 2-mal geändert.
Borax
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Di, 19.08.14, 14:02

die Kühlung effektiver zu gestalten? Gerne verwerfe ich auch die Anordnung der einzelnen Module..
Die Anordnung ist bzgl. Kühlung nicht sooo wichtig. Die Module sollten halt halbwegs Abstand voneinander haben. Bei passiver Kühlung hilft nur: Oberfläche vergrößern. Wenn das nicht geht, kannst Du nur versuchen, die Wärme noch besser zu verteilen und ggf, die Leistung noch weiter zu reduzieren.
der Alukörper misst etwa 140mm x 260mm x 10mm.
Ist mehr als ich dachte. Könnte sich gerade so ausgehen. Geschätzt hast Du damit einen 'Kühlkörper' mit etwa 2.5K/W Bei insgesamt rund 16W wird dieser 'Kühlkörper' dann etwa 40K wärmer als die Umgebung, was bei einer Umgebungstemperatur von 25°C rund 65°C ergibt. Da nicht die ganze elektrische Leistung zu Wärme wird, könnte das so passen ;)
flipmode
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Di, 19.08.14, 14:34

Bei passiver Kühlung hilft nur: Oberfläche vergrößern. Wenn das nicht geht, kannst Du nur versuchen, die Wärme noch besser zu verteilen und ggf, die Leistung noch weiter zu reduzieren.
Mehr Oberfläche wird wohl Schwierig. Zur Not könnte ich oben auf die Leuchte später noch Kühlkörper anbringen, wobei dies meine Planung bezüglich des Design´s durchkreuzen würden.
Ist mehr als ich dachte. Könnte sich gerade so ausgehen. Geschätzt hast Du damit einen 'Kühlkörper' mit etwa 2.5K/W Bei insgesamt rund 16W wird dieser 'Kühlkörper' dann etwa 40K wärmer als die Umgebung, was bei einer Umgebungstemperatur von 25°C rund 65°C ergibt. Da nicht die ganze elektrische Leistung zu Wärme wird, könnte das so passen ;)
Bezüglich der Größe hatte ich mich an einem anderen Projekt orientiert und etwa 20% mehr Fläche eingeplant, trotzdem wohl noch etwas knapp. Dann werde ich mich bezüglich der Leistung langsam herantasten und dabei die Temperatur im Auge behalten.
Loong

Di, 19.08.14, 16:09

stoske hat geschrieben:Wenn man schon die Effizienz nicht sonderlich steigern kann, sollte wenigstens
das Resultat, also das Licht, besser werden, nicht schlechter.
Stoske mal wieder Bild.

Viele Aquarianer empfinden den Wechsel von dem konturlosen, breiigen Einerlei-Licht von Leuchtstofflampen auf gerichtetes Licht, z. B. von Metalldampfstrahlern, als wesentliche Verbesserung. Das Aquarium wirkt auf einmal lebendig, sonnig, natürlich.

Bitte schließ nicht immer nur von dir auf andere. Was machst du eigentlich draußen in der Sonne? Deren brutal gerichtetes Licht muß ja die pure Qual für dich sein, oder?

Zum Thema: aquaLEDs verbaut 125 LED-Watt in einem 100 x 35 x 1,4 cm³ großen Voll-Alu-Gehäuse, das als Kühlkörper fungiert. Das funktioniert wunderbar, das Gehäuse wird auch nach mehreren Stunden Betrieb nur gut handwarm.
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Di, 19.08.14, 17:04

Wenn das Licht möglichst diffus sein soll, sind Anzahl und Verteilung zu klein.
Soll es hart und sonnengleich sein, sind Anzahl und Verteilung zu groß.

Ich erkenne daran nicht, was hier gewünscht wird. Ich erkenne daran nur,
dass die Wahl weder bewusst getroffen wurde noch sich technisch ergibt.

> Zum Thema: aquaLEDs verbaut 125 LED-Watt...

Schönes Bespiel. Sowohl die Anzahl als auch die Verteilung sind völlig anders
und sehr wahrscheinlich sehr bewusst(!) so gewählt. Es ist vorher klar, was
erreicht werden soll, und daraus ergeben (berechnen, simulieren) sich Anzahl
und Verteilung.
Loong

Di, 19.08.14, 17:09

Die Welt ist nicht nur schwarz und weiß...
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Di, 19.08.14, 21:23

@loong, richtig - das sind wohl die Beweggründe eines Aquarianers, bzw Aquascapers. Der Tipp mit den aquaLEDs hilft mir ebenfalls, Danke!

@Stoske
Wenn das Licht möglichst diffus sein soll, sind Anzahl und Verteilung zu klein.
Soll es hart und sonnengleich sein, sind Anzahl und Verteilung zu groß.

Und wie kommst du zu diesem Ergebnis, bzw. wie wurde dies genau ermittelt?
Ich erkenne daran nicht, was hier gewünscht wird. Ich erkenne daran nur,
dass die Wahl weder bewusst getroffen wurde noch sich technisch ergibt.
Das hatten wir schon und ich versteh ehrlich gesagt nicht, was es daran nicht zu verstehen gibt?
Ich möchte ein dynamisches Licht für mein Becken um jedes viertel unterschiedlich stark ausleuchten zu können.
Weil auch in der Aquaristik der "Goldene Schnitt" am besten wirkt und ein gewisser Rotanteil im Licht das gesamte Becken plastischer wirken lässt, wurden mittig je ein rotes und ein blaues Modul positioniert.
> Zum Thema: aquaLEDs verbaut 125 LED-Watt...

Schönes Bespiel. Sowohl die Anzahl als auch die Verteilung sind völlig anders
und sehr wahrscheinlich sehr bewusst(!) so gewählt. Es ist vorher klar, was
erreicht werden soll, und daraus ergeben (berechnen, simulieren) sich Anzahl
und Verteilung.
Gut, dann möchte ich nun gerne die so Unterschiedliche, bewusste Verteilung der aquaLEDs erklärt haben. Auch würde mir echte (!) ( was es mit den in Klammern gefassten Ausrufezeichen auf sich hat, ergibt sich mir leider auch nicht ) konstruktive Kritik besser helfen, als sich ständig zu wiederholen. Wenn ich mir andere Beiträge von dir so ansehe, wirken auf mich alle gleich, stumpf und teilweise sehr schroff. Muss das denn sein?
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Mi, 20.08.14, 08:30

> Und wie kommst du zu diesem Ergebnis, bzw. wie wurde dies genau ermittelt?

Die übliche Funktionsweise von Licht im Allgemeinen. Hart, Weich, Direkt, Indirekt,
Diffus, Gerichtet. Es gibt unzählige Artikel dazu im Netz - bei Interesse.

> Das hatten wir schon und ich versteh ehrlich gesagt nicht, was es daran nicht zu verstehen gibt?

Nun, wenn die Erklärung des Hintergrundes erst am Ende kommt, statt gleich im ersten
Beitrag zu stehen, hätte ich vielleicht einen anderen Eindruck bekommen.

> Gut, dann möchte ich nun gerne die so Unterschiedliche, bewusste Verteilung der aquaLEDs erklärt haben

Das ist mir (nun) zu müssig. Einfach selbst mal vergleichen und bei Interesse
überlegen, wieso das so gemacht wurde und nicht anders.

> Muss das denn sein?

Nein, in der Tat, das muss nicht sein. Da ja offenbar auch alles einen überlegten Grund hat,
sind meine Kommentare nicht von Belang. Viel Erfolg noch.
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