Neue Selbstbau-Einbauleuchte!
Diesmal hat mich mal ein Leserbrief erreicht, der mich mal wieder dazu angestachelt hat, eine LED zu entwickeln. Kurz und knapp steht darin, dass wieder mal Halogenspots von 25W ersetzt werden sollen, die in ca. 3m Höhe in eine Betondecke eingebaut sind. Das Problem an der Geschichte ist nur, dass das Loch in der Betondecke nur einen Durchmesser von 55mm besitzt und nicht erweitert werden kann. Standardlösungen in Bezug auf LEDs gibt es hier nicht. Was es käuflich zu erwerben gibt, hat meist einen Durchmesser von 75-90mm. Also muss mal wieder etwas selbst konstruiert werden und wie immer mit möglichst hoher Effizienz.
Wie aus diesen Komponenten eine Einbau-LED wird, und was es mit dem “doppelten” Kühler auf sich hat, erfahrt ihr in diesem Artikel zu meiner neusten Eigenbau-Kreation.
Die Anforderungen an die LED-Eigenbau-Lösung
- Ersatz einer 25W Halogenlampe (ca. 300 Lumen)
- Einbau in ein 55mm Durchmesser Betondeckenloch
- 230V kompatibel
- möglichst enger Abstrahlwinkel
- Lichtfarbe warm-weiß
Dieses mal musste ich verdammt lange Grübeln, bis ich etwas passendes gefunden hatte, denn ich musste andersrum anfangen wie sonst. Normalerweise gehe ich immer erst von der benötigten Lichtmenge aus und arbeite mich dann von hinten nach vorne. Dieses mal musste ich jedoch mit der Einbaufassung anfangen. Also erst mal wieder suchen und schauen was überhaupt da nun reinpasst und einigermaßen gut aussieht. Gefunden habe ich das hier.
Weiter ging es nun mit den LEDs. Gefordert war ja, dass die LED mindestens 300 Lumen an Licht abstrahlen soll und das noch möglichst effizient. Mögliche LEDs sind also:
- CREE XML T3 320 Lumen bei 1,1A ≈3,1W 8€
(Optik 2,50€) - 3 x CREE XM-L T3 auf Rundplatine 350 LM bei 400mA 8,4V ≈3,36W 25€
(Optik 3,50€) - 4 x CREE XP-G R2 auf Rund-Platine 320 Lumen 300mA 11,6V ≈3,48W 25€
(Optik 3,50€) - 1x CREE MK-R bei 300mA 11,5V ≈ 3,45W 15€ ca. 395 Lumen
Irgendwie merkt man, dass ich ein CREE-Fan bin. Um ehrlich zu sein sind das auch aktuell die einzigen LEDs die wirklich extrem gut gefertigt sind und sehr zuverlässig mit einer hohen Effizienz arbeiten. Mir hat es in letzter Zeit die CREE MK-R etwas angetan. Eine LED die in Wirklichkeit aus 4 Chips besteht, welche auf eine Platine aufgebracht und in Reihe geschaltet wurden. Das hat mehrere Vorteile:
- Der Strom ist für jede LED niedriger und damit auch die Belastung für den einzelnen Chip und
- Es lässt sich einfacher einen Treiber auf 230V – Basis finden.
Bei der MK-R musste ich nämlich einfach nur in meine Sammelkiste greifen und einen Standard 3x 1W Treiber herausholen. Naja ok, so einfach war es dann doch nicht, denn ich wollte einen Treiber haben, der möglichst effizient arbeitet, das heißt wenig Energie in Wärme umwandelt. Einige Leser werden jetzt etwas hellhörig werden, denn die CREE MK-R hat 4 Chips, also 4 LEDs in reihe geschaltet. Wieso dann ein 3x1W Treiber? Das wären ja nur 3 Chips in reihe! Nun, die Erklärung ist recht einfach. Die Treiber die verbaut üblicherweise verwendet werden arbeiten in einem Spannungsbereich von ca. 9-12V als Konstantstromquelle. Sie sind also dazu ausgelegt einen konstanten Strom bei veränderlicher Spannung abzugeben. Aber generell kann man sagen, dass eine höhere Spannung relativ gesehen weniger Abfall und damit weniger Wärmeverlustleistung bedeutet. Aber das gilt nur innerhalb der Toleranzen. Wie so eine Konstantstromquelle funktioniert, würde den Umfang dieses Beitrags sprengen. Ich suche mir nur meine Bauteile zusammen und schaue dass es innerhalb normaler Parameter funktioniert.
Nun zurück zum Projekt
Nach ziemlich viel Messen und Wirkungsgrad berechnen habe ich dann doch den teuersten Treiber genommen, den ich in meiner Kiste finden konnte. Immerhin fast 5€, aber dafür auch mit einem Wirkungsgrad von ca. 96%. (Betriebstemperatur liegt bei ca. 50°C inkl Schrumpfschlauch der um den Treiber gelegt wurde)
Ein kleiner Kühlkörper, um das Loch in der Mitte des großen Kühlkörpers zu “schließen”.
Nach ca. einem Monat Lieferzeit kam endlich meine bestellte LED – Einbaulampe aus Amazon an. Und wie immer wurde sie erst mal komplett auseinander genommen um zu schauen, was und vor allem wie ich meine Bauteile verwenden konnte. Direkt beim Auseinander bauen merkte ich schon, dass die Einbaulampe diesmal wohl nicht so schön werden würde, wie meine letzte, denn es passte keiner meiner Standard-Kühlkörper in das Gehäuse und der mitgelieferte Kühlkörper der LED hatte in der Mitte ein Loch für die Kabel der alten LED. Für mich war das ziemlich suboptimal, denn genau dort in der Mitte sitzt ja jetzt meine High–Power–LED. Die Wärme sollte vom Mittelpunkt schnell nach außen transportiert werden. Doch was nun?
Die Lösung wäre einen 2. kleinen Kühlkörper zu nehmen und dort die LED aufzukleben. Dieser kleine Kühlkörper würde die Wärme schnell von der LED abtransportieren und dann an den eigentlichen Kühlkörper weitergeben. Problem hierbei ist nur, dass ich mit dem zusätzlichen Kühlkörper sehr weit raus kommen würde. Eine andere Lösung wäre, die LED direkt auf den Kühlkörper zu kleben, aber ich war mir unsicher, ob das so gut für die LED wäre.
Bei der Optik der Einbauleuchte musste ich kreativ werden.
Als Optik kommt diesmal ein kleines Experiment zum Einsatz. Es handelt sich hierbei um eine Linse, die ich eigentlich für eine andere LED aus eBay gekauft hatte. Abstrahlwinkel ca. 18° und eigentlich nicht passend für eine MK-R. Das schöne ist jedoch, dass die Silikonhaube der MKR, welche die LED schützen soll, genauso groß ist, wie das Loch innerhalb der Linse, wo eigentlich die passende LED reinpassen sollte. Und somit konnte ich meine Linse einfach auf die LED drauf pressen. Funktionieren tut das tadellos. Man sollte die Linse nur nicht mehr berühren.
Funktionstest der LED
Die LED im Langzeit-Test.
Nun musste ich nur noch überprüfen ob alles funktioniert und in den Temperaturtoleranzen bleibt. Ich habe also die LED vollständig zusammengebaut und mal 6 Stunden lang betrieben. In der Gesamten Zeit habe ich die Temperatur über einen Bi-Metall Fühler überwacht und war etwas erstaunt, dass die Chiptemperatur die gesamte Zeit unter 50°C geblieben ist. Um genau zu sein nur 48,8°C als Maximalwert.
Danach habe ich mal simuliert, wie die LED sich wohl im eingebauten Zustand verhalten würde. Hierzu habe ich eine kleine Pappverpackung genommen und sie über die LED gestülpt. Um das ganze noch ein wenig mehr zu isolieren, habe ich noch eine Versandtasche mit Luftnoppen zusätzlich über die Pappverpackung gestülpt und wieder 6 Stunden lang die LED betrieben. Es war zu erwarten, dass die Temperatur ansteigen würde. Doch wieviel? Geschätzt habe ich knapp um die 70°C, gemessen wurden aber nur 65,9°C. Also wieder besser als erwartet. Der Kühlkörper war ebenfalls nur bei 59,5°C (siehe Bild).
Die Seitenansicht der fertigen LED zeigt das markante Aussehen der Optik.
Das Licht
Zum Einsatz kam ja wie bereits erwähnt eine CREE MK-R in der warm-weißen ausfertigung. Laut Datenblatt hat die LED einen CRI-Wert von 90. Also ähnlich wie eine Halogenlampe. Ein Vergleich mit meiner 50W Halogenlampe an der Decke hat das ebenfalls bestätigt. Ich war sogar ziemlich erstaunt, dass die 4W LED deutlich heller war als die 50W Halogenlampe. Das war aber vermutlich dem engen Abstrahlwinkel geschuldet.
Alles in Allem muss man aber sagen, dass das Projekt ein voller Erfolg war. Ein großes Dankeschön geht nun an den treuen Leser von ledsolarlampe.de, der auch die Entwicklungskosten für diese LED Lösung übernommen hat. Als Dank dafür habe ich ihm die entwickelte LED zugeschickt, welche nun bei ihm in der Betondecke ihren Platz gefunden hat.
Aber ich muss ehrlich sagen: Die MKR ist wirklich faszinierend! Mit dieser LED werde ich noch ein bisschen mehr rumbasteln, versprochen! Bis dahin solltet ihr euch unbedingt auch meine andere selbstgebaute Einbauleuchte auf LED-Basis anschauen:
- Cree High-Power LED-Einbaulampe im Eigenbau – so geht’s!
- Mittlerweile ist auch Teil 2 zu dieser Einbauleuchte online. Den vollen Beitrag gibt’s mit einem Klick hier!
Christian
Wer beim Bau von LED-Lösungen Hilfe benötigt oder eine Idee hat, was Christian als nächsten bauen sollte, kann ihn auf Google+ finden oder per Email kontaktieren.
