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LED Bauanleitung DIY 200Watt Meerwasser

Aus Korallen Wiki - Arten, Haltung, Vermehrung, Zucht, DIY, Meerwasser
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Einleitung

Lampe in Betrieb
Draufsicht mit Lüftern

Allen sei zuerst der LED Grundlagenartikel wärmstens empfohlen, der auch ein besonders interessantes Tool für den LED-Vergleich bietet.

Bei dem folgenden Bauprojekt (Eigenbau / Selbstbau) wurde besonderen Wert gelegt auf:

  • Ausgewogenes Farbbild für Korallen
  • Berücksichtigung von PAR für die Photosynthese
  • Markenqualität der Bauteile, insbesondere LEDs und Netzteile
  • Mittelmaß der machbaren Strombelastung für durchschnittliche Energie- und Lichteffizienz
  • Optik der Lampe
  • Dimmung eines jeden Kanal
  • Besonders effiziente LEDs
  • Flüsterleise aktive Kühlung für gesteigerte Lebensdauer und Effizienz der LEDs

Die Lampe hat etwa 200 Watt LED Leistung und wird durch 5 Konstantstromquellen versorgt. Es wurden keine Linsen verbaut, da das Aquarium nur 15 cm Wasserstand hat und die Lampe in Ihren Dimensionen im Verhältnis zum Becken klein ist – nur so wird eine flächige Ausleuchtung gewährleistet. Das Besondere ist der durchgehende Kühlkörper in schwarzer Eloxierung. Auf ein Mondlicht wurde verzichtet, doch Platz ist noch vorhanden und mit zwei Adern mehr in der Hauptleitung ist eine eigenständige Versorgung möglich.

Die Aufhängung ist zunächst provisorisch gelöst, da das ein sehr komplexes Experiment wird (Bericht folgt).

Planung

Das Projekt hat Wochen in der Planung gebraucht, alleine die Bauteilversorgung fast zwei Monate (Bauteile hatten Lieferzeit und Bestellungen aus dem Ausland brauchen auch Ihre Zeit) verschlungen. Die Durchführung braucht mind. eine Woche, denn das ein oder andere klappt nicht immer so wie man will. Besonders arbeitsintensiv sind die vielen Bohrungen und Gewinde!

LEDs

Es beginnt mit der Bestimmung des gewünschten Lichtspektrums, der Menge an LEDs und Kanäle. Gerade bei so kräftigen Lampen kommt man schnell bei so vielen LEDs an Spannungsgrenzen (meist 54 V) der Netzteile. Das führt zur Unterteilung von Kanälen. Ich rate dringend von der Parallelschaltung von LEDs an einem Netzteil ab. Wenn nur eine LED ausfällt oder ein Wackelkontakt vorliegt wird die verbleibende LED-Reihe doppelt versorgt und stirbt einen schnellen Tod.

Zur Übersicht und Planung habe ich eine Tabelle erstellt, die Datei kann jeder verwenden (OpenOffice / LibreOffice/ MS Office ab 2010): Datei:LED 150l Planung.ods

Auf Nachfrage bei mehreren LED-Händlern war unisono die Aussage, das eine Verschraubung zwar nicht nötig ist bei LEDs < 10 Watt, aber doch zu einer signifikant besseren Wärmeableitung führt. Je besser die Wärmeableitung, desto mehr Licht und länger die Lebensdauer! Diese Entscheidung führt zu beträchtlicher Mehrarbeit und ohne Bohrständer ist das nicht zu empfehlen. Die Alternative sind speziell zugeschnittene beidseitige Wärmeleit-Klebepads; damit wird in Sekundenschnelle die LED-Platine an den Kühlkörper verklebt. Mit einem kleinen Schraubendreher kann die auch nachträglich wieder ab gehebelt werden, doch das Klebepad muss dann ersetzt werden.

Netzteile

Nachdem die LEDs geplant sind und die Kanäle definiert, können die passenden Netzteile bestimmt werden. In meinem Fall habe ich dimmbare Ausführungen gewählt, obwohl die Dimmung ein nicht zu unterschätzender zusätzlicher Aufwand ist. Die verbauten Netzteile haben viele Schutzmechanismen und eine vergleichsweise hohe Effizienz. Das ist wichtig, denn die Abwärme liegt in etwa bei 10 %, das sind immerhin 20 Watt! Deshalb wurden die Netzteile auf einem Blech montiert und dieses am Aquariengestell verschraubt - das führt die Wärme ab und erhöht die Lebensdauer der Netzteile beträchtlich.

Die verwendeten Netzteile haben teilweise 760 mA und liegen damit 60 mA über dem Maximum in der Planung. Viele 3 W LEDs können ohne Probleme mit 700 mA betrieben werden und das wollen wir auch einhalten. Deshalb ist eine Dimmung in diesem Fall notwendig!

Die Dimmung erfolgt ganz einfach mit einstellbaren Widerständen (Potentiometern). Die Netzteile können auch mit PWM gedimmt werden. Ein passender Kleincomputer kann so allerlei Simulationen zeitgesteuert ansteuern.

Bauanleitung Schritt für Schritt

  • Mit einer Reißnadel werden Linien für die verschiedenen Kanäle angerissen (gezeichnet). Dabei ist auf Abstand der LED-Reihen untereinander zu achten. Bohrungen unter Kühlrippen sind definitiv zu vermeiden, es bleibt also nur die Mitte der Kühlrippentäler! Der Abstand zum Rand sollte ebenfalls wegen der Acrylprofile mind. 12 mm betragen. Es schadet nicht die LEDs mal grob anzuordnen. Durch Versatz der LEDs können Reihen aneinanderrücken. Da ich besonderen Wert darauf gelegt habe an einer Stelle eine besonders intensive Strahlung zu haben, wurde ein "Ballungszentrum" mit LEDs kreiert.
  • Bei der Anordnung sollte auf eine Gleichmäßige Verteilung der Farben geachtet werden.
  • Nachdem die Linien angerissen wurden, werden die optimalen Bohrabstände einer Platine und zwischen zwei Platinen bestimmt. Zum einen kann es vorkommen, dass die Platinen unterschiedliche Bohrabstände haben und zum anderen führt eine zu enge Platzierung zu erhöhter lokaler Wärme.
  • Check: Liegen die Linien wirklich zwischen den Kühlrippen?
  • Jede Reihe wird beschriftet und mit einer Kanalnummer, die mit der Planung übereinstimmen muss. Das ist später wichtig für die Zuordnung zur Hauptleitung!
  • Zur Sicherheit werden alle LEDs nun an den Linien angeordnet. Dazu liegen die Bohrlöcher der Platine auf der Linie.
  • Wenn man sich sicher in der Anordnung ist, wird mit einem sehr feinen Stift bei einer Aussparung der Platine auf der Linie mittig die Bohrung markiert.
  • Die Markierungen werden mit Hammer und Körner für den Bohrer gekörnt. Nur dadurch ist die Bohrung genau platziert.
  • Die zweiten Markierungen je LED-Platine werden mittels Messung oder Schablone gesetzt und gekörnt. Wenn der Abstand der Bohrlöcher zu eng ist, dann ist das kleinere Problem, das die Platine nicht befestigt werden kann - schlimmer ist, das die Schraubenköpfe die Kontaktflächen berühren können und einen Kurzschluss verursachen! Eine Testmontage ist daher sehr ratsam bevor fast 70 LEDs nicht verbaut werden können!
  • Check: Stimmen die Körnungen und Platzierungen der LEDs noch - letzte Chance!
  • Jedes Bohrloch wird für den Gewindeschnitt vorbereitet: Ein HSS-Bohrer mit 6-8 mm und einer halben Handumdrehung entgratet - nun ist der Gewindeschnitt deutlich einfacher!
  • Empfohlen wird an einer unkritischen Stelle des Kühlkörpers Testbohrungen mit Gewindeschneiden durchzuführen. Es geht darum zwischen beiden Bohrlochgrößen (2,5 oder 2,7 mm) zu entscheiden: Die Maschinengewindebohrer scheiden meist in einem Arbeitsgang und mit einer Kleinst-Akkubohrmaschine hat man das das beste Handling und braucht am wenigsten Kraft. Handarbeit ist deutlich schwieriger und der Gewindescheider bricht ebenfalls schneller als ein gleichmäßiger Schnitt. Das kleinere Bohrloch hat ein deutlich besseres Gewinde, aber es auch wesentlich anspruchsvoller beim Gewindeschneiden! Üben Sie und entscheiden Sie sich dann für mehr als 150 Löcher! Etwas Spiritus kühlt den Gewindeschnitt und schmiert - ganz wichtig...
  • Die Bohrungen müssen im Winkel sein und bei der Menge an Bohrungen ist ein Bohrständer Pflicht.
  • Die Platinen werden so angeordnet, dass eine Reihenschaltung möglich wird: Plus -> Minus > Plus -> Minus...
  • Die Platinen können nun verschraubt werden. TORX Schrauben sind perfekt für ein mittelkräftiges Festziehen.
  • Zur besseren Übersicht kann je Kanal eine andere Litzenfarbe verwendet werden.
  • Bei allen Lötarbeiten an den Platinen gilt: Der Lötkolben strahlt Wärme ab und beschädigt relativ leicht die LEDs und die Plastiklinse, deshalb immer so viel Abstand wie möglich halten. Lötzinn enthält Flussmittel und bei der Verdampfung kann sich ein Schleier auf der Linse ablegen. Durch leichtes Pusten beim Löten kann das vermieden werden.
  • Für jede Verbindung zunächst die Litzen-Verbindungen zwischen den Platinen vorbereiten, d.h. noch nicht zuschneiden sondern erst abisolieren (1-2 mm) und dann verzinnen. Dann entweder die Lötstellen auf der Platine verzinnen oder direkt die Litze auflöten. Die Platine der LEDs ist ein Aluminiumkörper und leitet Strom. Deshalb darf die Litze nicht den Rand berühren und ist leicht von oben herab aufzulöten. Sobald eine Stelle verlötet ist die Länge der Litze zu nächsten Lötstelle bestimmen und ablängen. Dann abisolieren, verzinnen und wie zuvor leicht schräg von oben auflöten.
  • Wenn die erste Reihe fertig ist gilt es diese auf Kurzschluss zu testen, und zwar jede Lötstelle testen gegen den Kühlkörper. Beim Problemen: Litze anderes positionieren und erneut auflöten oder bei Kurzschluss durch Schraubenkopf die Platine leicht verschieben / Plastik-Unterlegscheibe verwenden / Kontaktfläche etwas abkratzen.
  • Nun können die anderen Reihen fertiggestellt werden.
  • Jetzt kommt der schwierigste Schritt: Die Bohrungen für die Acrylglasprofile und Abdeckung. Für die Passgenauigkeit von drei Teilen muss die Bohrung stimmen! Für die Hauptstromleitung eine Stelle bestimmen. Die Vierkant Acrylglasprofile am Rand ausrichten, zuschneiden und an der Stelle der Zuführung etwa 15 mm aussparen. Über die positionierten Profile wird die Abdeckung gelegt. Alles wird fixiert (evtl. die Vierkantprofile mit Sekundenkleber festkleben) und mit einem 3,5-4 mm Bohrer im Abstand von 10-15 cm gebohrt. Die Bohrungen sollten wieder an Stellen sein, an denen keine Kühlrippe getroffen werden kann! Dabei immer am Ende eines Profils bohren mit einem Abstand von 10 mm. Die Bohrung sollte gerade das Aluminium nicht an- oder durchbohren, sondern nur leicht markieren! Dann die Mitte bestimmen, ankörnen und wie gehabt Bohren und Gewinde schneiden.
  • Die Bohrungen auf der Außenseite der Abdeckung mit einem 6 mm Bohre leicht ansenken, damit die Senkkopfschrauben bündig abschließen.
  • Die Hauptleitung nun am äußersten Mantel abisolieren. Die Länge hängt davon ab, ob die Reihen damit angeschlossen werden können! Mit einer Klemmschelle an der Durchführung am Kühlkörper fixieren.
  • Die Hauptleitung farbig gepaart mit den Reihen verlöten, dabei keine Leitungen die LEDs berühren lassen (heiß!) und mit Klebeband fixieren.
  • Die beiden Lüfter sind annähernd so breit wie der Kühlkörper, damit alle Kühlrippen belüftet werden können. Die Lüfter sind kurz auf Ihre Luftrichtung hin zu testen, denn bei der Montage ist darauf zu achten, dass die Kühlriffen angeblasen werden (Saugluft hat eine deutlich schlechtere Kühlung zur Folge). Es ist sinnvoll die Lüfter etwas gegen die Schwingungen zu entkoppeln und auch einfach festzukleben. Dabei den Abstand zum Rand als ein Teil nehmen und zwischen den Lüftern zwei Teile (macht 4 Teile, 100 cm - 14*2 (Lüfter)= 18 cm je Teil), also 18 cm vom Rand und zwischen den Lüftern den Rest von etwa 36 cm. Eine Bohrung mit 5 mm zwischen den Kühlrippen in der Nähe des Stromanschluss eines jeden Lüfters führt die Leitungen zu der verbleibenden 12 V Leitung. Die Lüfter werden parallel dabei verschaltet. Der Gedanke die Lüfter an den LED-Stromversorgungen wurde schnell verworfen, denn erstens wird gedimmt und zweitens werden die LEDs Ihrer Leistung beraubt.
  • Jeder muss für sich entscheiden ob die Abdeckung noch vor einem Funktionstest jetzt verschraubt wird.
  • Es werden aus Gründen der Sicherheit zwei Verteilerdosen genutzt, eine Verteilerdose nur für 230 V und die andere für die Gleichspannung (Lüfter, Dimmung, LED).
  • Die Hauptleitung wird nun mit den Netzteilen verbunden, dabei Polung und Zuordnung der Kanäle zum passenden Netzteil beachten. Ich habe die Verbindung nicht direkt durchgeführt, sondern mittels Klemmen in einer Abzweigdose. Das ist sicher verpackt und erleichtert den Zugang. Perfekt wäre eine Steckverbindung, aber Stecker mit so vielen Polen sind sehr teuer!
  • Die Leitungen der 12V Versorgung für die Lüfter wird mit dem Steckernetzteil verbunden.
  • Für die Arbeiten an Bauteilen unter lebensgefährlichen Spannungen sollte jeder über die nötige Sachkenntnis verfügen! Ich übernehme dafür keine Haftung!
  • Die Netzteile und zwei Verteilerdosen werden auf einem Blech verschraubt, bei der Positionierung die max. Leitungslängen der ggf. vorhandenen Leitungen an den Netzteilen beachten. Die Montage auf dem Blech dient der Kühlung der Netzteile und sorgt für Ordnung in der Installation. Dennoch wird das Blech mehr als handwarm und eine zusätzliche Wärmeabführung ist ratsam!
  • Die Netzteile nun netzspannungseitig parallel zu verschalten.
  • Im Ergebnis wird zuletzt eine Netzleitung aus dieser Dose mit einem Stecker versehen und der Funktionstest kann beginnen. Vorsicht, LEDs sind extrem hell - nie frontal anblicken, sondern seitlich! Wenn noch keine Dimmung vorhanden ist, es bei einem kurzen Test belassen.
  • Dimmung mit Widerständen
    • Bauteile: Eine 10-Ader Leitung, ein kleines Gehäuse 120x50x20 mm (LBH), je Kanal 1 x 10 kOhm Widerstand und ein 90 kOhm Potentiometer
    • Nun gibt es einen Kanal (60 Watt / 2000 mA), der ungedimmt gemäß meiner Anleitung die Hochleistungs Cree XM-L T6 versorgt, die sogar bis 3000 mA verkraften. Dieser Kanal kann 100% des Netzteilstroms erhalten und bedarf keiner weiteren Beachtung.
    • Gemäß Herstellerangabe erfolgt die Dimmung durch mind. 10 kOhm und max. 100 kOhm. Eine simple Reihenschaltung erfüllt die Vorgabe.
    • Würden nun die Potentiometer auf 100% stehen, würden die verbleibenden vier Netzteile 760 mA liefern. Ein Strommessung eines jeden einzelnen Kanals in der LED-Reihe ist durchzuführen und der Maximalstrom von 700 mA am Potentiometer einzustellen. Die Position wird markiert und das Potentiometer mit der Kanalnummer oder einer Farbzuordnung zu beschriften.

Bauteilliste

LEDs
9 Stück Cree, XML-T6, XMLAWT-0000T6051, kaltweiss
6 Stück Edison, Edixeon 3W, EDEV-SLC1-03, 395-410 nm
10 Stück Cree, XB-D R4, XBD-AWT 00G50, kaltweiss
12 Stück Cree, XT-E, XTEARY-00-0000-000000L07, 455 nm
9 Stück Cree, XP-E, XPEROY D5 15, 465 nm
12 Stück Cree, XP-E blau, , 465-485 nm
8 Stück Luxeon, Rebel, LXML-PE01-0070, 490-520 nm
8 Stück Luxeon, Rebel, LXM3-PD01-0350, 650-670 nm
Netzteile (Einkaufsquelle z.B. www.elpro.org)
4 Stück Meanwell LPF-40D-54 (40 Watt und 54 Volt)
1 Stück Meanwell LPF-60D-30 (60 Watt und 30 Volt)
1 Stück Steckernetzteil 12 V 500 mA
Kühlkörper
1000x250x25 mm (LxBxH) (Wegen der riesigen Auswahl und bis 1000 mm Länge Kauf ab Werk bei fischerelektronik)
Lüfter zur Kühlung
2 Stück Noiseblocker BlackSilent Pro Fan PK1 140mm
Acrylglas zur Abdeckung
1 Stück 1000x150x5 mm transparent, UV beständig
3 m 10x10 mm Profil, transparent, UV beständig
Leitung
Litze jede mind. 2 m Litze LiYv 1x 0,5mm² (wenn möglich 5 verschiedene Farben)
Hauptleitung zur Lampe je nach Bedarf in der Länge (+10 bis 110 cm siehe Text), 12 Adern (wegen der extremen Flexibilität bevorzugt: Conrad Artikelnummer 602996 SCHLEPPKETTENL. ÖLFLEXRFD CL. 810 12G0,5)
Kleinteile
150 Schrauben (TORX Linsenkopf M3x10 EDELSTAHL) (Plastikschrauben geben leider im Laufe der Zeit nach und es ist dann nicht mehr kraftschlüssig)
20 Senkkopfschrauben M3x20
Kabelklemme z.B. ausgebaut aus einem 230V Stecker/Buchse für die Fixierung der Hauptleitung an der Lampe
Isolierband
Lötzinn
Lüsterklemmen 1,5mm²
230 V Stecker
1 m Netzleitung
Sekundenkleber
5 Verteilerklemmen 1,5 mm²
30 Lüsterklemmen 1,5 mm²
Werkzeug
Kleinst-Akkuschrauber
Maschinengewindebohrer M3 x 0.5
Spiritus (zur Kühlung beim Gewindescheiden)
HSS Bohrer 2,7 mm oder 2,5 mm (besseres Gewinde, aber deutlich schwieriger im Gewindescheiden)
HSS Bohrer 4 mm (Acrylglasabdeckung)
Senkkopfbohrer für 3 mm Loch
Körner
Reißnadel

Nun bin ich klüger - was hätte ich anders gemacht

  • Das Aquarium ist 600 mm tief und die Lampe nur 150 mm. Für eine gleichmäßige Ausleuchtung hängt sie 30 cm über der Wasseroberfläche. Das kann beim gebückten Beobachten blenden, andererseits kann man so gut im Becken mit den Armen arbeiten. Dennoch wäre eine niedrigere Aufhängung besser wegen der Blendung und so würde ich die optimale Breite der Lampe gerne um von 150 auf 250 mm haben wollen.
  • Das Aquarium ist 165 cm breit, die Lampe nur 100 cm. Das ist zu wenig und ich denke 130 cm wären perfekt.
  • Natürlich habe ich die Dimmung mit einem Kleincomputer probiert, doch der lieferte ein PWM-Signal, das nicht kompatibel war!
  • Die einzelnen Netzteile kosten ein Vermögen und eine komfortable Steuerung fehlt. Eine sehr interessante Alternative aus Deutschland ist ein zentraleles Steuermodul (12 Kanal, Display, Bluetooth mit PC-Anbindung) und einem sehr günstigen Netzteil.