3er Spot P4 für Tauchlampe

[MerEtCiel]

Moin moin,

ich möchte gern einen 3er Collimator 10° mit 3 P4-Star-Chips in Reihe befeuern. Mein Problem ist der Spannungsbereich und die Wärme. Da es sich um eine Tauchlampe handelt, habe ich ein Gehäuse aus Aluminium. In dieses soll ein Sockel aus Lötzinn, der passend abschließt (wie GU5.3). Zwischen Sockel und Alugehäuse wollte ich Wärmeleitpaste geben, um möglichst viel Wärme los zu werden. Da die Lampe im Wasser betrieben wird, gibt es ordentlich Kühlung.
Die Star-Platinen sollen auf den Sockel aus Lötzinn aufgeklebt werden. Kontaktdurchführungen kann ich ausbohren und Drahtstifte werden mit 2-Komponenten-Kleber eingesetzt.
Sieht so ähnlich aus wie das hier (Vorgänger auf Aluplatine, Wärmeverlust zu gering):

895_43xP4LEDProjektWEB_1.jpg (17.06 KiB) 21422 mal betrachtet

1.)Das Ganze läuft auf 12V/1000mA, brauche ich dann noch einen Vorwiderstand? Oder kann ich mir das sparen?
2.)Was ist, wenn ich einen 16V-Akku (4,5Ah) nutze?
3.)Was bringt mir eine Konstantstromquelle 1000mA (http://www.leds.de/product_info.php?inf ... 000mA.html)
4.)Meint Ihr, der Wärmeverlust ist hoch genug?

Freue mich auf Eure Antworten,

Gruß,

MerEtCiel

[Sailor]

Lötzinn ist ein sehr schlechter Wärmeleiter, dadurch wird die Wärme nicht schnell genug zum ALU-Gehäuse abgeleitet.

Ich würde Dir auch hier eine Alu-Platte empfehlen. Wenn Die bisherige Platte die Wärme nicht schnell genug abgeleitet hat, war sie zu dünn. Lötzinn wird dann noch mehr Wärmeprobleme bereiten.

Solltest Du aus Platzmangel keine viel dickere Kühlplatte einbauen können, musst Du auf eine Kupferplatte zurückgreifen, weil Kupfer ein bedeutend besserer Wärmeleiter ist als Aluminium.

Bei der Spannungsversorgung mit 12 Volt kannst Du mit einem Vorwiderstand arbeiten, bei höherer Spannung solltest Du aber eine Konstantstromquelle wählen.

[MerEtCiel]

Moin Sailor,

ich wollte Lötzinn nutzen, weil es für mich die einzige Möglichkeit einer Verarbeitung als Guss darstellt. Somit bekomme ich den größten Flächenkontakt hin. Ich könnte zunächst eine Kuperplatte nehmen und die mit dem Sockel verkleben/ verlöten.
a.) Wie wäre es denn, wenn ich den Sockel aus Kupferlitze lege und dann mit Zinn vergieße? Die Leitfähigkeit müsste sich doch dann ensprechend erhöhen.
b.) Muss ich mich bei Einsatz der Konstantstromquelle noch um die Spannung kümmern?
c.) Können die LEDs dann noch in Reihe geschaltet bleiben (3,8Vx3=11,4V aber meine Ausgangsspannung liegt ja bei 12-16V)?

Ich hoffe, das wird das bisher hellste LED-Projekt. Die Lebensdauer der LEDs ist nicht ganz so wichtig, ich tauche pro Jahr ca.100-150 Stunden, da hält der Eigenbau ziemlich lange...

Gruß,

MerEtCiel

[MerEtCiel]

...und d.) wie verhält sich die Konstantstromquelle, wenn ich 3 Verbraucher à 1000mA in Reihe da dranhänge?

Gruß,

MerEtCiel

[Sailor]

Eine auf 1000 mA eingestellte Konstantstromquelle hält diesen Strom auch bei unterschiedlichen Spannungen konstant. Im Datenblatt steht (meist) die Mindestspannung über der Summe der Flussspannungen der LED´s (Drop) und die Höchstspannung drin. In diesem Rahmen ist die Reihenschaltung der LED´s ohne Weiteres möglich.

Bei 12 Volt kännte es mit einer Konstantstromquelle evtl. eng werden. Da musst Du genau auf den Spannungsdrop achten (meist 0,5 bis 2,5 Volt), bei 16 Volt ist das kein Problem.

Lötzinn wird in der Trägerplatte wie ein Isolator wirken. Ich versuche mal, meine Tabelle zu finden. Die im Lötzinn benutzten Metalle stehen jedoch schon recht weit unten in dieser Tabelle.

Besser wäre es schon, wenn Du eine Kupferplatte benutzen würdest, auf der die LED´s sitzen. Es ist mit Sicherheit keine Werbung, wenn die Lampe schon beim ersten Tauchgang zuerst die Lichtfarbe neu einstellt und Dich dann im Dunkeln stehen lässt.

Eine gute Wärmeableitung zum Gehäuse bekommst Du, wenn zunächst ein Innenring mit Wärmeleitkleber eingeklebt und darauf die Kupferplatte geschraubt wird (mit Wärmeleitpaste.

Wenn der Durchmesser des Innenrings ca 0,2 mm größer ist als der Innendurchmesser des Gehäuses, kannst Du ihn auch einschrumpfen, indem du den Ring vorm Einbau ins Eisfach legst und das Gehäuse erhitzt. aber da sollte man schon etwas Übung haben.

[John.S]

...und d.) wie verhält sich die Konstantstromquelle, wenn ich 3 Verbraucher à 1000mA in Reihe da dranhänge?

Gruß,

MerEtCiel

Das hängt von der Spannung ab.Eine Linear Konstantstromquelle mit einem Lm317T braucht gut 3,75V Spannungsdifferenz zwischen den Leds und der Speisespannung.
Diese 3,75V werden dann auch einfach in Wärme umgewandelt,bei einer Taschenlampe die Möglichst effizient sein soll nicht grad toll.
Es gitb jedoch auch Konstanstromquellen mit Step Down Wandlern,die haben bis zu 95% Wirkungsgrad.

[MerEtCiel]

...immerhin hätte ich dann das Problem mit meinen 16V am großen Akkupack im Griff... für das kleine Paket kann ich ja den anderen Lampenkopf benutzen. Nochmal zum Lötzinn: Wie sieht es mit der Variante aus, Kupfer zu vergießen. Ich brauche einen Sockel, damit das Ganze modular bleibt: Wenn mir im Urlaub der LED-Sockel durchbrennt, habe ich immer noch einen normalen Halogenbrenner auf Reserve dabei. Taucher brauchen immer alles "redundant"...

Danke vorab,

MerEtCiel

[Sh@rk]

Wirklich sehr schön gemacht, der Lötzinn ist zwar leicht dick bzw. meiner sicht komisch aufgetragen, aber bei jeden siehts anders aus, die Taschenlampe ist eigentlich relativ normal dick, bei 3 star Platinen^^, aber nice gemacht.

mfg Sh@rk

[plastefux]

also kupfer vergießen wird wohl eher schwierig werden. (Tm=1083°C)
außerdem wird dir da vorher das Alu wegschmelzen/-oxidieren.
wenns aber unbedingt Kupfer sein soll: das ließe sich notfalls auch elektrolytisch abscheiden. dauert zwar ne Weile, aber könnte funktionieren.
Wenn du die Möglichkeit hast, dir was drehen zu lassen, würd ich mir aber trotzdem lieber nen dicken Zylinder drehen lassen, der eine größere Mantelfläche (zum Gehäuse) hat

[Jannes M-Sp]

Schönes Projekt!

Bloß gut aufpassen mit den Lötstellen: Kalte Lötstellen brechen schon bei kleinen Erschütterungen! Eine perfekte Lötung liegt glatt auf dem Leiter und ist hochglänzend (Das soll nicht heißen das ich das immer hinbekomme!). Aber ich fürchte das ist bei deiner Lampe momentan der größte Schwachpunkt.

[alexStyles]

hochglänzend ? Mh naja... wenn das Lötzinn noch "flüssig" ist würde Ich das noch als hochglänzend durchgehen lassen !
Aber wenn es abgekühlt und erstarrt ist muss und ist es meiner Meinung nach nicht "hochglänzend"

MfG Alex

[physikphreak]

wenns aber unbedingt Kupfer sein soll: das ließe sich notfalls auch elektrolytisch abscheiden. dauert zwar ne Weile, aber könnte funktionieren.

Ich fürchte dass das ziemlich teuer ist und es funktioniert auch nicht soo toll (ich hab' schon selbst damit rumexperimentiert)

[Bazillus]

Also von dem elektrolytisch abgeschiedenen Kupfer würde ich Abstand halten ... erstens dauert es wirklich lange, bis sich eine einigermaßen dicke Schicht abgeschieden hat, die dann auch haltbar und bearbeitbar ist - ist ja nicht gesagt, dass das Kupfer auch oben bleibt. Ich hab früher herumexperimentiert, da konnte man das mit einem Tuch wieder wegwischen. Du brauchst ein regelbares Netzgerät und einige Chemikalien bzw. eine Elektrode (Kupferblech). Das nächste Problem ist, dass sich an deinem gesamten Gehäuse Kupfer abscheiden wird, wenn es wirklich so problemlos funktionieren würde, und auch das willst du ja nicht.

Weiters sind die Chemikalien nicht ganz ungefährlich. Kupfersulfat, aus dem du das Kupfer abscheiden kannst, ist umweltgefährdend, und zusätzlich nimmt man in einer solchen Lösung noch verdünnte Schwefelsäure, zur Stabilität bzw. Generierung neuen Kupfersulfates von der positiven Elektrode aus. Also keine harmlosen Chemikalien. Und letztens musst du die Oxidschicht am Aluminium einmal aufbrechen, und das geschieht normalerweise mit noch stärkeren Chemikalien ... also nicht unbedingt empfehlenswert.

Also summa sumarum würde ich da noch eher schauen, den Wärmewiderstand zum Gehäuse zu reduzieren ... vielleicht durch eine exakt gedrehte Scheibe, die man schon in das Gehäuse pressen muss ... das ist auch das Einzige, wo ich mir ein sorgenfreies Funktionieren auch wirklich vorstellen kann!

LG, Michael

[Ragnar Roeck]

Für die 12V könntest Du eine simple Diode vorschalten (1N5400, 3A die "schluckt" 0,7V kann man auch zwei hintereinanderpacken für 1,4V). Bei 16V werden Dir die LEDs garantiert schnell druchbrennen, wenn Du keine Konstantstromquelle vorschaltest. Gerade beim Tauchen möchtest Du doch nicht auf einmal im Dunklen stehen. Bzw. schwimmen.

[MerEtCiel]

also kupfer vergießen wird wohl eher schwierig werden. (Tm=1083°C)
außerdem wird dir da vorher das Alu wegschmelzen/-oxidieren.
wenns aber unbedingt Kupfer sein soll: das ließe sich notfalls auch elektrolytisch abscheiden. dauert zwar ne Weile, aber könnte funktionieren.
Wenn du die Möglichkeit hast, dir was drehen zu lassen, würd ich mir aber trotzdem lieber nen dicken Zylinder drehen lassen, der eine größere Mantelfläche (zum Gehäuse) hat

...hatte ich mich wohl etwas falsch ausgedrückt.... ich wollte die Form mit Kupfermatte auslegen und dann quasi im Lötzinn ertränken. Die Temperatur dazu bekomme ich mit einem Gaslötbrenner (1200°) hin, das Alu verbindet sich nicht damit. Quasi ein Zinnsockel mit Kupferfüllung....

Erkaltet läßt sich das bestimmt gut bearbeiten, es ist dann ja quasi ein Block. Anmerkungen?


Gruß, MerEtCiel

[MerEtCiel]

also kupfer vergießen wird wohl eher schwierig werden. (Tm=1083°C)
Wenn du die Möglichkeit hast, dir was drehen zu lassen, würd ich mir aber trotzdem lieber nen dicken Zylinder drehen lassen, der eine größere Mantelfläche (zum Gehäuse) hat

...nee, drehen lassen geht eher schlecht, weil das konisch ist und ich das Maß nicht sauber abnehmen kann. Außerdem habe ich keine Drehbank an der Hand. Die Gußidee fand ich eigentlich gar nicht so schlecht. Momentan läuft der K2-Sockel, den ihr oben seht, noch. Ich habe aber den Eindruck, daß das nur UW möglich ist, und nur auf 12V. Im Moment sind da K2-Luxeons drin und die noch nicht mal mit Widerstand - der Akkupack kann einfach nicht mehr als 13.8V und die Belastungsgrenze bei den K2s liegt bei 14,55V (3x4,85V). Mit den P4s wird das wohl etwas schwieriger...

Gruß,

MerEtCiel

[Bazillus]

Im Moment sind da K2-Luxeons drin und die noch nicht mal mit Widerstand - der Akkupack kann einfach nicht mehr als 13.8V und die Belastungsgrenze bei den K2s liegt bei 14,55V (3x4,85V). Mit den P4s wird das wohl etwas schwieriger...

Das ist eine weitläufige Irreführung! LEDs haben keine Belastungsgrenze Spannungsmäßig gesehen. Eine LED wird prinzipiell durch einen konstanten Strom belastet, und die gemessene Spannung ist nur die Spannung, die man mit einem Multimeter misst, mehr nicht. Da die Strom-Spannungs-Kennlinie von Dioden sehr (!) steil ist, ist es unzulässig, Dioden über die Spannung zu regulieren - sie würden unweigerlich auf Grund von Serienstreuungen durchbrennen!

Die geschickteste Lösung ist eine geschaltete Konstantstromquelle, wobei die Eingangsspannung hier größer sein muss, als die Flussspannung der LEDs. Alternativ gäbe es hier noch einen Boost-Buck-Regler, stromgeregelt ist - dies ist allerdings mit wesentlich höherem, schaltungstechnischen Aufwand verbunden, da zuerst aus einer mehr oder minder variablen Spannung (Batterien, Akkus) eine konstante, höhere Spannung generiert wird, und von der dann wieder heruntergetaktet wird, sodass genau der gewünschte Strom fließt. Geht mit hoher Effizienz, ist allerdings kein Anfängerprojekt mehr.

Bei deinem Projekt stell ich mir allerdings noch immer die Frage, die gut der Wärmeübergang von deinem Zinnblock - auch wenn dieser gegossen ist - auf das Gehäuse ist. Nicht, dass du dann einen heißen Zinnblock kriegst im Betrieb, bei kaltem Gehäuse!

LG, Michael

[Sailor]

Als Hilfestellung hier die Angabe der Wärmeleitfähigkeit der in Frage kommenden Materialien:

Kupfer: ..... 401 W/(m*K)
Aluminium: 237 W/(m*K)
Zinn: ......... 66,6 W/(m*K)
Blei: .......... 35 W/(m*K)

Ich denke, daraus lässt sich schon erkennen, dass Lötzinn, kein geeignetes Material zur Abführung der Verlustwärme ist, selbst wenn von reinem Zinn ausgegangen wird.

[MerEtCiel]

Die geschickteste Lösung ist eine geschaltete Konstantstromquelle, wobei die Eingangsspannung hier größer sein muss, als die Flussspannung der LEDs. Alternativ gäbe es hier noch einen Boost-Buck-Regler, stromgeregelt ist - dies ist allerdings mit wesentlich höherem, schaltungstechnischen Aufwand verbunden, da zuerst aus einer mehr oder minder variablen Spannung (Batterien, Akkus) eine konstante, höhere Spannung generiert wird, und von der dann wieder heruntergetaktet wird, sodass genau der gewünschte Strom fließt. Geht mit hoher Effizienz, ist allerdings kein Anfängerprojekt mehr.

...dann bietet sich ja die 23x23x7mm-Konstantstromquelle von LEDs.de an, oder sehe ich das falsch? Die lässt sich aufgrund der Maße doch ganz passabel verbauen, nur meine Sockellösung muss ich dann wohl noch mal überdenken. Wie wäre das alternativ mit dem "Boost-Buck-Regler", gibt es den als integrierten Kreis und wie groß ist sowas? Habt Ihr einen Link?

Bei deinem Projekt stell ich mir allerdings noch immer die Frage, die gut der Wärmeübergang von deinem Zinnblock - auch wenn dieser gegossen ist - auf das Gehäuse ist. Nicht, dass du dann einen heißen Zinnblock kriegst im Betrieb, bei kaltem Gehäuse!

Trotzdem nochmal: Das Zinn soll nur der "Füller" für die Kupfermatte sein, also liegt der reale Wärmeleitwert irgendwo dazwischen. Der Kontakt zum Alugehäuse läuft auf einer sehr großen Fläche per Wärmeleitpaste, ich denke hier liegt das geringste Problem. Durch das Gießen wäre der Sockel ja auch das genaue Gegenstück zum Alugehäuse, die übrige Differenz macht die Paste.

Wenn's nichts taugt, dann redet's mir aus...

Vielen Dank,

MerEtCiel

[gil]

...dann bietet sich ja die 23x23x7mm-Konstantstromquelle von LEDs.de an, oder sehe ich das falsch?

siehst du nicht falsch, die Dinger sind gut,wenn auch nicht gerade billig, aber auch die haben eine relativ hohe
Dropspannung, ca. 3V wenn ich mich recht erinnere. Bei 12V Akkus und 3 XR-E o. Seoul ist das kein Problem (3x 3,5V/ K2= 3x 4V) die LEDs werden optimal genutzt, nur die AKKU-Ausnutzung kann mit einer besseren Step-Down Schaltung bzw. Low-Drop Treiber noch verbessert werden.

[Sailor]

Die Konstantstromquelle passt nach der Beschreibung genau für Deine Anwendung!
Insbesondere die Tatsache, dass der Strom bei Überhitzung zurückgeregelt und nicht komplett weggeschaltet wird kommt Deinem Einsatzzweck entgegen.

Nochmal zum Sockel:
Wenn Du ein Kupferblech so weit zurechtschneiden kannst, dass es die Alu-Hülle zumindest annähernd berührt, und dann von der Rückseite her mit Zinn (Stangenzinn) vergießt, kännte es klappen. Die LED´s sollten also auf der Kupferseite sitzen. Untergelöteste Kupferdrähte könnten dann die Wirkung verstärken.

Beim reinen Ausgießen eines Kupfernetzes sehe ich die Gefahr, dass die Wärme aus der LED an eine Stelle abgegeben wird, die nur Zinn enthält, und dadurch der Abtransport zu langsam ist. Dies hätte dann eine schnelle Überhitzung der LED zur Folge.

Geeignete Kupferbleche gibt es (auch) im Baumarkt.

Edit:
Mit der Konstanstromquelle würde ich die 16 Volt Lösung bevorzugen!

[MerEtCiel]

...Danke allen, die am Beitrag mitgeschrieben haben. Konnte eine Menge lernen und kann es ja hier immer noch mal nachlesen. Werde das Projekt mal zum Abschluß bringen und dann Rückmeldung geben.. incl.Fotos!

Letzte Frage:

Passen die angegebenen Collimatoren (10°, 25° und 60°) für die Dreierkombination überhaupt auf die Linsen der P4-Chips???? Bei LEDs.de ist die P4 nicht mehr angegeben, aber ich denke, daß das eher der Temperaturproblematik geschuldet ist.

Freue mich auf Eure Antworten....

MerEtCiel

[gil]

Edit:
Mit der Konstanstromquelle würde ich die 16 Volt Lösung bevorzugen!

warum?

[Sailor]

Weil ich das Spannungsverhalten der Konstantstromquelle nicht kenne und weil die Batteriepannung bei 12 Volt sehr dicht an der Summe der Flussspannungen der 3 in Serie geschalteten P4 ist.

Mit dem Spannungsverhalten ist der Spannungsdrop gemeint. Das ist die Differenz zwischen Eingangsspannung der Konstantstromquelle und der sich daraus ergebenden höchsten Ausgangsspannung.

Bei einer 12 Volt Versorgung besteht daher die Gefahr, dass bereits beim ersten Tauchgang die Batteriespannung durch die Belastung soweit zusammenbricht, dass die Helligkeit der Tauchlampe deutlich nachlässt, weil der Strom nicht mehr nachgeregelt werden kann.

Mit der 16 Volt kann die Konstantstromquelle einen gleichmäßen Strom liefern, bis die Batterien leer sind.

Aber das wurde oben schon angerissen.

[gil]

Weil ich das Spannungsverhalten der Konstantstromquelle nicht kenne

wäre mit einem vernünftigen Datenblatt im shop nicht passiert,sag ich doch.
Der Drop von diesen KSQ beträgt 2,5-3V, wenns die von A1W sind (gehe mal von aus).
Bei 700mA hat ne Seoul ca. 3,3-3,5V - macht max.10,5V. Dann wären die 1,5V in der Tat zu wenig für die KSQ.
Aber der Akku hat mehr als 12V und das sehr lange,bis die Spannung auf "Normalwert" abfällt.
Bei 16V Akku (hat ja dann auch fast 18V)muß die KSQ auch schon wieder ganz schön was "verbrennen", dann muß sie gekühlt werden,die Effizienz
leidet!