LED Spots zur Aufhellung einer Verkaufshalle – Teil 4 von 4 – Der Schatten und die Diffusionsscheibe

Im letzten Teil der Blogreihe (Teil 3) habe ich erklärt, welchen Treiber ich für dieses Projekt (Worum geht’s?) genommen habe und welche Möglichkeiten ich habe, den Lichtkegel zu beeinflussen. Nun stellt sich nur noch die Frage, was soll ich wie bauen?

Wir nähern uns dem fertigen LED-Spot. Doch bevor die Lampen beim Kunden montiert werden können, muss noch einiges getestet und optimiert werden. Das erfahrt ihr in diesem (letzen) Teil der Artikelserie

Der Kunde wird weiter in die Entwicklung mit einbezogen.

Also bin ich mit all den Informationen in das Bekleidungsgeschäft gefahren und habe meine Ergebnisse und Entwicklungen der Geschäftsleitung präsentiert. Ich muss zugeben, das macht wirklich Spaß etwas selbstgebautes zu präsentieren und dann noch zu erklären, was ich da überhaupt gemacht habe und wieso und weshalb und warum das jetzt so ist wie es ist. Ich kann an dieser Stelle nur jedem raten: begeistert euch selbst für etwas, geht dem nach, studiert das, häuft Wissen an und dann könnt ihr selbst auch anderen Interessierten etwas beibringen. Das macht echt richtig Spaß!

Zurück zum Thema. Nachdem ich alles erklärt hatte, haben wir ein Verlängerungskabel geholt und die LEDs getestet. Alle waren ziemlich begeistert, wie viel Licht aus einer 10W LED kommen kann. Bisher kannten sie ja nur 10W Chips aus China die nur einen Wirkungsgrad von ca. 50-60 Lumen pro Watt hatten und in den kleinen Flutern verbaut waren. Das man mit guter Qualität das doppelte aus der gleichen elektrischen Energie rausholen konnte, hat kaum einer geglaubt bis er es gesehen hat. Und gleich sind sie auch den Anforderungscheck durchgegangen.

Abgleich mit dem Lasterhaft

Könnte die LED den Kunden blenden? Nein, nur wenn man direkt nach oben schaut.
Bringt die LED genug Lichtleistung? Ja, definitiv!
Ist die Kaltweiße Beleuchtung die richtige Entscheidung gewesen? Ja, die Klamotten haben richtig angefangen zu leuchten und die Reflektorstreifen waren sehr gut zu erkennen. Der CRI Wert ist ebenfalls ausreichend.
Schattenbildung (das war nun was neues)? „Schau mal, der Schatten an der Wand ist deutlich zu hart.“ Ok das ist mir jetzt auch erst im nachhinein aufgefallen. Wenn man den Schatten an der Wand betrachtet, dann ist der Übergang von Schatten zu beleuchteter Wandfläche nur einen Bruchteil eines Millimeters breit. Das war definitiv nicht gut für die Optik. Hier soll noch nachgebessert werden.
Abstrahlwinkel, Aufstecklinse oder COB Linse? Hier gingen die Meinungen auseinander, aber die Mehrheit war für die Aufstecklinse, weil hier der Lichtkegel eher „ausgelaufen“ ist und nicht hart abgegrenzt wurde.

Fazit: Ich bin definitiv auf dem richtigen Weg!

Ein scharfer Schatten zeigt sich als neue Herausforderung

Wieder zu Hause angekommen musste ich mir also überlegen, wie ich diese Schattenbildung eliminieren kann. Woran liegt das eigentlich, dass der Schatten so scharf wird? Hier kommt wieder die optische Physik ins Spiel. Eine LED ist eine Punktlichtquelle. Alle Lichtstrahlen gehen also von einem Punkt aus. Je kleiner der Punkt, desto schärfer werden die Schatten. Vergleichen kann man das sehr gut mit einer Sonnenfinsternis. Die Sonne ist eine Sehr große Lichtquelle, der Mond der Schattengeber. Der Kernschatten ist also klein und der Halbschatten, also der Übergangsbereich recht breit. Je weiter der Schattengeber von der Leinwand entfernt ist, desto größer wird der Halbschatten. Wenn der Mond jetzt ganz dicht an der Erde wäre, würde der Halbschatten auch deutlich kleiner sein als der Kernschatten.

Die Klamotten weiter nach vorne zu hängen ist allerdings unmöglich. Die LED weiter nach hinten geht auch nicht, also ist die einzige Möglichkeit den Halbschatten zu vergrößern, die Vergrößerung der Abstrahlfläche an der LED. Da ich die LED ja nicht vergrößern kann, muss eine andere Lösung her.

Eine Diffusionsscheibe bringt uns auf den richtigen Weg

Da kam mir die Idee eine Diffusionsscheibe zu verwenden. Wird eine Milchglasscheibe von hinten angestrahlt, leuchtet diese gleichmäßig und strahlt wiederum Licht ab. Die abstrahlende Fläche wird dadurch größer. Nachteil ist jedoch, dass eine Milchglasscheibe bis zu 50% des Lichts absorbiert. Es steht dann also nicht mehr zur Beleuchtung der Auslage zur Verfügung. 50% Licht-Absorbtion bedeutet aber auch, dass die Scheibe ziemlich heiß wird. Wenn die LED nun mit 12W betrieben werden würde, würden 10W der elektrischen Leistung in Wärme direkt an der LED abfallen. 2W wären in den Lichtphotonen drin. Wenn nun die Milchglasscheibe 50% von dem Licht absorbiert, dann muss irgendwo die Leistung abfallen. Und wie es so oft in der Natur der Fall ist, wird Energie meist in Wärme umgewandelt. Vereinfacht könnte man auch sagen, dass die Milchglasscheibe mit 1W thermischer Energie beheizt wird. Das wäre nicht gut, denn bei so großer Energie könnte das Plexiglas anfangen zu schmelzen.

Also habe ich im Internet nach einer solchen Diffusionsscheibe gesucht und bin bei Laserpoint24h fündig geworden. Der Besitzer sagte mir, dass er auch klare Plexiglasscheiben herstellen kann und diese mit einer Mattfolie beziehen kann. Das hätte den Vorteil, dass mehr Licht hindurch kommt. Der Wirkungsgrad der Scheibe wäre also besser. Geschätzt wäre die Lichtdurchlässigkeit einer solchen Scheibe bei ca. 75-90%. Genauer konnte er mir das nicht sagen, weil er selber keine Erfahrungen in diesem Bereich hatte.

Also habe ich mich dran gesetzt und verschiedene Mattfolien auf den Plexiglasscheiben getestet. Krass war, dass eine Folie sich so stark aufgeheizt hat, dass sie sogar verbrannt ist! Daran sieht man mal wie extrem viel Energie in dem Licht steckt und dass man mit 2W Lichtenergie nicht rumspaßen sollte. Bei falscher Benutzung könnte es nämlich auch hier zum Brand kommen. Kein Brand durch Kurzschluss, sondern ein Brand durch Photonen. (mit 2W Laserlicht kann man mühelos durch Styropor schneiden)

Milchglas-Diffusionsfolie mit Brandstellen

Der Beweis, dass 2 Watt reine Lichtenergie auch nicht ganz ungefährlich sind. Man muss sich nur vorstellen, was man mit einem 2-Watt-Laser alles anstellen kann…

Nach ein bisschen rumprobieren habe ich aber die richtige Folie finden können und jede LED mit einer solchen Diffusionsscheibe ausstatten können. Der Schlagschatten war nicht mehr so hart und die Geschäftsleitung war begeistert! Nach ca. 6 Monaten Entwicklung habe ich es endlich geschafft eine funktionsfähige LED-Beleuchtung mit allen erforderlichen Anforderungen zu entwickeln.

Eine Vergleichbare Kauflösung in diesem Bereich würde knapp um die 75€ kosten. Dabei ist jedoch der Wirkungsgrad meiner LED um ca. 20% besser als aktuelle Kauflösungen. Ich kann also wirklich zufrieden sein!

Technische Daten:

1,05A bei 24,24V ergeben 24,62W pro LED
Lumen: 1450 laut Datenblatt
Mit Diffusionsscheibe: ca. 1270 Lumen bei 90% Lichtdurchlässigkeit.
Wirkungsgrad: 103 Lumen/Watt (Mit Diffusorscheibe – errechnet)
Wirkungsgrad: 118 Lumen/Watt (nur LED ohne Diffusorscheibe laut Datenblatt)

Fazit: Eigenbaulösungen sind zwar Zeitaufwendig in der Entwicklung, aber durchaus noch um einiges besser als die aktuellen Kauflösungen der Industrie.

Leider ein nicht ganz so optimales Handy-Bild, aber man erkennt worum es geht: Die fertigen Lampen sind montiert!

Damit geht diese Artikelserie nun zu Ende, ich hoffe ihr hattet über die letzten vier Wochen Spaß mich bei dieser Entwicklung zu begleiten. Eins vorweg: Zwischen diesem Projekt und dem Onlinestellen der Beiträge ist bereits einige Zeit vergangen. Es gibt nun also schon erste Langzeit-Erfahrungen mit diesen Lampen im täglichen Dauereinsatz – doch das werde ich in einem weiteren Beitrag erzählen.

Christian

Christian schreibt seit Ende 2013 für ledsolarlampe.de. Sein Spezialgebiet sind individuelle Eigenbau-Lösungen und seine ausführlichen bebilderten Bau-Anleitungen.

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.