Beratung LED auf Kupferröhrchen als Kühlkörper

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Moderator: T.Hoffmann

MaTu
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Mo, 19.04.21, 20:06

Hallo,

ich plane eine Designerlampe nachzubauen (Catellani & Smith: Gold Moon Chandelier) und bin auf der Suche nach der passenden LED dafür.

Hier ein paar Bilder:
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img-apertura-gold-moon-chandelier.jpg (487.55 KiB) 9048 mal betrachtet
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e9f41d133304858aeab421956e10158f.jpg (170.81 KiB) 9048 mal betrachtet
catellani-smith-gold-moon-chandelier.jpg
catellani-smith-gold-moon-chandelier.jpg (355.6 KiB) 9048 mal betrachtet
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a49493b99930c3de1246c4d87db4bb2c.jpg (319.68 KiB) 9048 mal betrachtet
img-designblock-2018-3 klein.jpg
img-designblock-2018-3 klein.jpg (106.94 KiB) 9048 mal betrachtet
img-caspaiou-dubai-2 klein.jpg
img-caspaiou-dubai-2 klein.jpg (109.7 KiB) 9048 mal betrachtet
Hier die Eckdaten der Orignallampe:
Lampenschirme aus Aluminiumfolie mit 20 cm Durchmesser,
daran ein Kupferröhrchen mit 5 mm Durchmesser und ca. 20 cm Länge,
worauf eine Power LED befestigt ist, die bei 1W Leistung 100 lm bringt und mit 350 mA bestromt wird.
Darunter sitzt noch ein kleine Reflektor, um das Licht ausschließlich noch oben in den Lampenschirm zu lenken.

Das Kupferröhrchen scheint als Halter für die LED und gleichzeitig als Kühlkörper genutzt zu werden. Das ist der knifflige Teil der Sache.
Ich suche eine warmweiße LED mit mind. 100 lm, die möglichst wenig Wärme produziert, damit das Kupferröhrchen als Kühlkörper ausreicht.

Mein Plan ist aktuell eine SMD auf Platine zu nehmen und die überstehenden Teile der Platine abzuschneiden, so dass nur die SMD und die Lötfläche übrig bleibt. Oder doch besser mit Tiffanytechnik selber löten? Damit habe ich allerdings keine Erfahrung.
Aber welche LED empfiehlt sich?

Gruß, Martin
Borax
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Mo, 19.04.21, 21:15

Hallo Martin,
welcome on board!
Eher selber löten. Die Alu-Platinen zuschneiden ist schwierig.
Geeignete LED: https://www.leds.de/nichia-nvsw319at-sm ... 31075.html
Die schafft die 100lm schon mit ca. 250mA
Ich würde versuchen den mittleren Heat Sink Die auf einen 1mm Vierkant Kupfer-Draht zu löten und zusätzlich dünne Anschlusslitzen f0r die Stromversorgung. Dann den 1mm Draht mit dem Kupferrohr verbinden (Wärmeleitkleber oder Wärmeleitpaste und mechanisch klemmen)
MaTu
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Di, 20.04.21, 08:21

Hallo Borax,

vielen Dank für deine Antwort!

Den vorletzten Satz verstehe ich nicht.
Ich würde versuchen den mittleren Heat Sink Die auf einen 1mm Vierkant Kupfer-Draht zu löten und zusätzlich dünne Anschlusslitzen f0r die Stromversorgung.
Was ist der mittlere Heat Sink? Was soll ich worauf löten?

Eine Konstantstromquelle für 250 mA habe ich auf die Schnelle nicht gefunden. Wollte die LEDs sowieso gerne dimmen können. Also ginge wahrscheinlich auch eins mit 350 mA und wenn es zu hell ist wird gedimmt. Oder ist die Leistung und Wärmeentwicklung dann zu hoch?

Gibt es ein entsprechendes Steuergerät zum Dimmen, dass ich per App oder Fernbedienung ansteuern kann?

Gruß, Martin
Borax
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Di, 20.04.21, 17:46

Schau mal das Datenblatt der LED an (Seite 17) https://lumstatic.com/_T/wA/Dg6m-95oRrEu2YwzCw.pdf Dann ist das vielleicht klarer. Es gibt KSQs mit PWM Dimmeingang. Und PWM Dimmer mit Fernbedienung. Wahrscheinlich gibt es auch welche mit App Steuerung (Shelly o.ä.) aber da kenne ich mich nicht so gut aus.Wichtig ist hier auch die PWM Frequenz des Dimmers und die ist leider oft nicht angegeben.
MaTu
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Di, 20.04.21, 19:21

Ah, jetzt hab ich es glaube ich verstanden.
"Die Head Sink" ist der Teil, über den die entstandene Wärme abgeleitet wird, daran kommt der Vierkant-Kupferdraht und dieser leitet die Wärme dann an das Kupferröhrchen weiter. Da die Die Head Sink laut Datenblatt 1,3 mm breit ist, wäre dieser Draht hier wahrscheinlich geeignet: Vierkantdraht Aus Kupfer, 1,2 mm x 3 m.

Aber wie bekomme ich die LED darauf gelötet und dann noch die Anschlusslitzen dran, wo Kathode und Anode nicht mal einen halben Millimeter breit sind?

Gruß, Martin
Borax
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Mi, 21.04.21, 07:17

Genau so einen Draht meinte ich.
Aber wie bekomme ich die LED darauf gelötet und dann noch die Anschlusslitzen dran, wo Kathode und Anode nicht mal einen halben Millimeter breit sind?
Präzise arbeiten. Sorry, aber eine andere Idee dafür habe ich nicht. Ansonsten könntest Du es natürlich doch mit 10x10 mm Platinen versuchen. Aber wie gesagt ist es nicht einfach die sauber zuzuschneiden (ohne dabei Kurzschlüsse oder Kontaktabbrüche zu verursachen).
MaTu
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Mi, 21.04.21, 12:53

Mein Plan wäre folgender:
Die Led mit der Die Head Sink auf den Kupferdraht zu löten, geht wahrscheinlich am besten mit der "Tiffany-Methode". Also erst den Vierkantdraht verzinnen, dann LED entsprechend darauf positionieren und dann links und rechts daneben den Draht mit einem Lötkolben erhitzen.
Anschließend die Anschlusslitzen an Anode und Kathode klassisch anlöten.

Muss ich dabei irgendetwas besonderes beachten? Ich habe keine Erfahrungen in der Verarbeitung von LEDs, bisher nur einfache Kabelage zusammengelötet.
Brauch ich speziellen Lötzinn oder sonst noch was? Ganz feine Spitze für den Lötkolben ist klar...

Stimmt es, dass die von dir vorgeschlagene LED bei 350 mA etwa 1 W Leistung hat und bei 500mA etwa 1,5 W? Dann sollte diese KSQ für 10 bis max. 20 dieser LEDs doch passen: Meanwell LCM-40 (350 - 1050 mA), Konstantstromquelle

Und welcher Leitungsquerschnitt für die Anschlusslitze empfiehlt sich?
dieterr
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Mi, 21.04.21, 20:31

Puh, da hast du dir ein ziemliches Projekt angelacht, das ganze wird alles außer trivial. Löten zumindest kannst du danach :) Aber ich kann es verstehen, die Leuchten von denen haben was.

Was ich bei der Idee mit dem Draht noch nicht verstanden habe: die Lötfläche muss flach sein für die LED, das Röhrchen ist rund. Nach Löten den Draht zu biegen ist nogo. Also wie das flache und das runde zusammenbringen?

Der Heatsink ist auf der LED doch isoliert, kann der nicht mit Anode oder Kathode verbunden werden?

Ich glaube, ich würde in dem Fall tatsächlich über eine eigene winzige Metallkernplatine nachdenken. Am besten Cu-kern und auf das etwas plangeschliffenes Röhrchen auflöten.
Borax
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Do, 22.04.21, 07:13

Also wie das flache und das runde zusammenbringen?
Röhrchen auf ein paar cm plan schleifen (muss ja nicht viel sein - der Draht hat ja nur 1.2mm) und dann dort LED auf Draht mit Wärmeleitpaste aufklemmen/schrauben/kleben.
MaTu
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Do, 22.04.21, 18:59

Oder das Röhrchen an der Stelle in bisschen flachdrücken. Den Draht mit der LED kann man ja längs aufkleben, dann kann man eine größere Kontaktfläche realisieren.
dieterr hat geschrieben: Mi, 21.04.21, 20:31Der Heatsink ist auf der LED doch isoliert, kann der nicht mit Anode oder Kathode verbunden werden?
Um wenigsten eine der beiden leichter mit der Anschlusslitze verbinden zu können? Ging das?
dieterr hat geschrieben: Mi, 21.04.21, 20:31 Ich glaube, ich würde in dem Fall tatsächlich über eine eigene winzige Metallkernplatine nachdenken. Am besten Cu-kern und auf das etwas plangeschliffenes Röhrchen auflöten.
Hast du da einen konkreten Vorschlag für ein Produkt? Alles was es fertig mit LED gibt, ist zu groß.


Aber passt die genannte KSQ? Und welcher Querschnitt für die Anschlusslitzen? Es werden etwa 1,5 m von der KSQ bis zur LED sein, falls das dabei von Belang ist. Ich habe nur Erfahrungen im Car Hifi Bereich, aber das ist eine ganz andere Nummer, wenn es um die Ströme und Querschnitte geht.

Gruß, Martin
Borax
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Do, 22.04.21, 22:43

Die KSQ passt. Anschlusslitzen dürfen hier sehr dünn sein. 0.14mm Litze reicht (sind ja nur 350mA - die Kabelverluste gleicht die KSQ aus). Mit flachdrücken wäre ich vorsichtig. Das ist auch eher schwierig, das hinreichend plan hinzukriegen.
dieterr
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Fr, 23.04.21, 08:01

MaTu hat geschrieben: Do, 22.04.21, 18:59 Hast du da einen konkreten Vorschlag für ein Produkt? Alles was es fertig mit LED gibt, ist zu groß.
Nein, leider kein fertiges Produkt von der Stange. Zuerst dachte ich tatsächlich an Metallkern-Platine, klassisch designed und per Muster fertigen lassen. Preislich mittlerweile akzeptabel, wenn Postlaufzeit aus CN nicht stört.

Die zwischenzeitliche Idee mit Kaptonband wieder gelöscht

Lumi bietet 10x10mm Alukern-Platinen für die LEDs. Da ist der mittlere Pad mit Minus/Kathode verbunden (beantwortet obige Frage), und als Gesamtmassefläche auf die Platine gelegt. Anode ist direkt mit Lötpad verbunden, mit der Breite der LED. Mit ~0,5mm Space zum Rest. Bild habe ich keines davon gemacht, nur unter Mikroskop verifiziert.

Man könnte nun diese Platine tatsächlich auf LED Breite trimmen, ohne großes Kurzschlußrisiko auf der Platine. Bliebe das Risiko Schluß von Masse auf Alu am Rand, das müsste aber in den Griff zu bekommen sein.

Damit hättest du die LED auf Platine, LED Breite (knapp 4 mal 10 mm). Kleiner ginge fast nur ganz ohne Platine, oder kleinerer LED
MaTu
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Fr, 23.04.21, 22:05

Müsste ich das Röhrchen dann auf 4mm Breite plan bekommen, damit die Wärmeübertragung von der Platine funktioniert?

Wie lötet man die LEDs auf die Platine? Auch so ein Selbstbau-Reflow wie mit dem Tiffanyband?
dieterr
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So, 25.04.21, 07:41

Das Röhrchen auf 4mm zu bekommen geht ohne flachdrücken gar nicht. Ich vermute mal, es ist auch nicht nötig: auch wenn die Aluplatine nur 2mm aufliegt, ist die Wärmeübergangsfläche 20mm2, das sollte reichen. Hängt aber dann davon ab, wieviel Leistung die LED verheizt und wie plan der Übergang ist. Auch wenn du Wärmeleitkleber nimmst, der ist immer schlechter als Metall.
Deshalb löte ich wo immer es auch geht, was aber bei Alu halt nicht richtig geht.

Am besten auf der Herdplatte o.ä. von unten, da gibt es einige Threads dazu. Oder man kann auch die Platine verzinnen, und dann mit Lötkolben die ganze Platine mit aufgelegter LEDs aufheizen. Das zentrale Wärmepad bekommst du manuell von oben nicht gelötet. Und aufgrund des Alu wird sowieso das ganze Teil heiß.

Edit: falls das mit Alu/Cu löten gut gehen sollte, könnte man auch zuerst die fertige Platine in das Röhrchen erst einklemmen dann löten, und dann das ganze aufheizen um LED aufzulöten. Das Alu an den Lötstellen ach vorverzinnen.
MaTu
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So, 25.04.21, 20:40

dieterr hat geschrieben: Fr, 23.04.21, 08:01 Lumi bietet 10x10mm Alukern-Platinen für die LEDs.
Hast du da einen Link? Konnte auf die Schnell im Shop keine Platinen für die 319er Bauform finden.
dieterr hat geschrieben: Fr, 23.04.21, 08:01 Bliebe das Risiko Schluß von Masse auf Alu am Rand, das müsste aber in den Griff zu bekommen sein.
Worauf muss ich da achten?

Würde das erst mal probieren, wenn von Borax keine Einwände kommen, die mich davon abhalten. Es wäre die technisch leichter umsetzbare Lösung und der Kupferdraht ist momentan nicht lieferbar. Anderswo hab ich keinen passenden gefunden.

Hatte noch die Idee, dass man die Platine/LED auf ein sehr dünnwandiges Aluröhrchen (am besten Oval oder Vierkant) montiert. Wobei das Röhrchen wirklich so dünnwandig sein muss, dass sich die Unterseite quasi auf das Kupferröhrchen drücken lässt und so die Form der Rundung annimmt. Aber ich habe keine Ahnung wo ich danach gucken soll. Irgendjemand eine Idee, wo es sowas gibt?

Gruß, Martin
Borax
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Mo, 26.04.21, 09:13

falls das mit Alu/Cu löten gut gehen sollte
Geht schon. Würde ich mich aber bei einer Platine nicht trauen. Die Alu/Cu Verbindung klappt mit AL85 Lot ausgezeichnet. Aber man braucht dafür Temperaturen von knapp 400°C. Ich fürchte, das hält die Platine nicht aus.
Konnte auf die Schnell im Shop keine Platinen für die 319er Bauform finden.
Ich auch nicht. Was aber nicht heißt, dass es keine gibt. Das Symbolbild der 10x10mm Alu-Platinen sieht ja passend aus, aber leider ist das halt nur ein Symbolbild (hier sollte Lumitronix dringend mal 'aufräumen'). Ggf. einfach mal direkt bei Lumitronix nachfragen.
dieterr
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Mo, 26.04.21, 16:11

Bei 100lm braucht es ja keinen 3W Emitter, zB https://www.leds.de/nichia-nvsl219ct-sm ... 65882.html tut es doch auch

Ja, da die Suche dazu und die verknüpften pdfs ziemlich bescheiden ist, hilft nur nachfragen.
Gerne empfehle ich in dem Rahmen auch die Samsung 301B, die es auch auf Mini-square gibt. Andere Mütter haben halt auch hübsche Töchter... Deren Layout kenne ich nicht, aber die Lötpads wären für diesen Einsatz zumindest suboptimal angeordnet.

Die 400°C sind schon grenzwertig, hätten aber den Vorteil, dass beim Auflöten der LED sich die Platine nicht mehr vom Untergrund löst.
MaTu
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Di, 27.04.21, 08:25

So wie ich das verstanden hatte, war der Sinn des 3W Emitters, diesen möglichst stark zu unterstromen, um ihn auf diese Art so effizient wie möglich betreiben zu können, da er nur über das Röhrchen gekühlt wird. Oder habe ich das falsch verstanden?
Borax
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Di, 27.04.21, 12:33

Ja. Korrekt. Aber so riesig ist der Unterschied da auch nicht. Die von dieterr verlinkte LED ist auch nicht schlechter geeignet.
Das mit dem Löten könnte man sonst auch anders gestalten (so wie in meiner ursprünglichen Idee). Falls das 4 Kant Material wieder erhältlich ist (laut Shop aber jetzt 'Erwartet' - möglicherweise also recht bald).
Dann könntest Du ein Stück dieses 4 Kant Materials auf das Kupferrohr löten (am besten mit einem Lot mit Flussstemperatur > 200°C) und dann die LED mit bleihaltigen Lot (Flussstemperatur 180°) auf das Stück 4 Kant Material. Dann noch Litzen an die Anschlüsse. Das wäre thermisch bestimmt recht gut.
So etwa:
Led_Kupferröhrchen1.png
Led_Kupferröhrchen1.png (23.17 KiB) 8712 mal betrachtet
dieterr
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Di, 27.04.21, 21:22

Ach so war das gedacht? :) Warum dann nicht gleich das Röhrchen auf 1,5mm Breite flach schleifen und direkt die LED auflöten. Die Litzen anlöten geben aber in beiden Fällen ein Megagefummel
Borax
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Di, 27.04.21, 21:38

Genau damit da eben halbwegs Platz ist, um die Litzen anzulöten. Sonst ist der Abstand zwischen Röhrchen und LED so klein, dass ich mir nicht zutrauen würde, das kurzschlussfrei zu löten. Mit mehr als 1mm Abstand ist das aber nicht schlimmer als SMD Bauteile mit 1,27 mm Pitch
MaTu
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Mi, 28.04.21, 06:05

So mach ich das jetzt. Wobei, könnte ich auch die LED zuerst auf den Draht löten, dann die Litzen ran und das Ganze anschließend mit dem bleihaltigen Lot auf das Röhrchen?
Dann kann die Led leichter aufgelötet werden, weil man sie auf zwei Drahtstücken links und rechts des Drahtes, auf den sie gelötet werden soll, ablegen kann (dann reflux) und Litzen anlöten ist nicht ganz so fummelig.

Hab bei Etsy noch einen passenden Kupferdraht gefunden. Der kommt zwar aus den USA, aber passt sogar noch besser (16 gauge = 1,29 mm).

Ich fürchte nur mit meinem 60W-Lötknüppel mit 540°C Lötspitzentemperatur komme ich da nicht weit :D . Vor allem, wenn Temperaturunterschiede von 20°C nötig sind.

Irgendwelche Empfehlungen für eine entsprechende Lötstation?

Also Lötzinn dann Sn62Pb36Ag2 und Sn99Cu1?
dieterr
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Mi, 28.04.21, 08:03

Der Streifen darf viel breiter sein, weil darauf Mitte UND Minus kommen darf, siehe Lumi boards. Damit brauchst du nur an einer Seite fitzelig Löten. Dass es nachher von vorne asymmetrisch aussieht, stört ja nicht weiter.
Vorausgesetzt es stört nicht, wenn die einzelnen Röhrchen dann entweder gemeinsame Masse haben, oder isoliert montiert werden müssen.

Ich meine, 1,5mm dickes Cu-Blech (Baumarkt) kann man auch selber in der richtigen Breite zurechtschneiden, du brauchst ja keine 5m Länge, sondern nur cm. Mit Blechschere oder Notfalls mit Cutter sollte es auch gehen.
MaTu
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Mi, 28.04.21, 12:54

Meinst du so:
skizze.jpg
skizze.jpg (32.56 KiB) 8661 mal betrachtet
Die Röhrchen hängen später sowieso einzeln an den isolierten Drähten von der Decke. Masse auf Röhrchen sollte also kein Problem sein.
dieterr
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Mi, 28.04.21, 15:24

Ja, genauso meinte ich. Sieht halt in der Ansicht etwas schräg aus.
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