13
Nov
09

baubericht – modell 1134680 (5)

wamala_logo

So, im fünften Teil der Serie verschiebt sich der Fokus von den eher grobschlächtigen handwerklichen Tätigkeiten hin zu den elektrischen Komponenten der Lampe. Großartige Schaltungsentwürfe meinerseits wird man hier jedoch vergeblich suchen, der Treiber ist nur Großserie. Im Detail wird in diesem Artikel auf Ceranfeldlöten, die Befestigung der LEDs, die Verkabelung und abschließende Tests des Thermalmanagements eingangen.

Die vergangenen Tage habe ich auch noch dazu genutzt ein Logo und Headerbild für die Lampenartikel zu entwerfen, ich hoffe es gefällt. Besten Dank an dieser Stelle an JNGD für die knackigen Fotos. Mit meiner Kompaktknipse bekommt man sowas einfach nicht hin, nichtmal annähernd. Damit sollte dann auch eventuelles Rätselraten um die Namensgebung beendet sein.

In der neuen Wohnung ist erfreulicherweise ein Ceranfeld vorhanden. Die neuen Möglichkeiten wollen natürlich ausgeschöpft werden und so kann an dieser Stelle auch gleich eine Handreichung zum Ceranfeldlöten eingebaut werden. Das Löten mit dem Ceranfeld oder anderen Herdplatten stellt einen Versuch dar, indutrielle SMD-Lötverfahren auch mit Haushaltsmitteln zu bewerkstelligen. Dort wird unter anderem auch mit Heizplatten gelötet, auch wenn die vorherrschende Methode wohl der Heißluftofen ist.Wer sich schonmal durch Datenblätter für elektronische Bauteile gewühlt hat, dem sollten die Grafiken für den Lötprozess bekannt sein. In den Datenblättern finden sich detailierte Angaben über die verschiedenen Stufen des Prozesses, bes. über die erforderlichen Temperaturen relativ zur Zeit.  Die sich daraus ergebenden „ramps“ lassen sich unter solchen Ghettobedingungen natürlich nicht nachbilden, aber es ist zumindest der Versuch unternommen worden sich dem ganzen etwas anzunähern. Nach dem etwas vergeigten letzten Versuch sollte es diesmal etwas professioneller Zugehen (das letztemal war zwar kein #Fail epischen Ausmaßes, die LEDs laufen noch, aber gesund war es bestimmt nicht für die Halbleiter).

Gelötet werden Seoul P4 in warmweiß auf Stripeplatinen aus Aluminium. Alukernplatinen habe ich in erster Linie verwendet, um die LEDs gegen den Kühlkörper zu isolieren und trotzdem eine thermische Verbindung zu schaffen. Die Kühlfläche der LED ist leider nicht potentialfrei, sonst hätte man sie direkt auf den KK kleben können. Grundsätzlich  lässt sich aber auch FR4 oder ähnliches Material auf der Herdplatte löten. Warmweiße LEDs sind ihren kaltweißen Geschwistern zur Zeit noch nicht ebenbürtig, was Lichtleistung und Effizienz betrifft. Die Lampe ist jedoch auch nur als Dekoobjekt geplant und da ist eine Möglichst hohe Lichtleistung eher nebensächlich. Farbtreue und Lichtfarbe stehen da im Forderungskatalog an deutlich höherer Stelle.

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Schritt 1 im Lötprozess. Die Platine wird aufgeheizt. Es genügt dabei die Platte auf die kleinste Heizstufe einzustellen, um so ein paar Gramm Aluminium aufzuheizen benögt es kein kW. Zu viel Hitze kann sogar ausgesprochen schädlich für die Platine sein, da sich dann die einzelnen Schichten wieder voneinander lösen können.

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Im zweiten Schritt wird die Platine dann verzinnt. In diesem Fall handelt es sich um gewöhnliches bleihaltiges Lot von der Rolle. Die Kontaktflächen im Vordergrund bleiben ersteinmal blank, die im Hintergrund sind bereits verzinnt. Der Unterschied sollte deutlich zu erkennen sein. Während des Verzinnens muss die Platine nicht zwangsläufig auf der Heizfläche verbleiben. Um die angesprochenen Hitzeschäden zu vermeiden, kann man sie auch schnell wieder von der Platte schieben, wenn das Lot an einer Stelle aufschmilzt. Die Restwärme reicht dann oft noch für ein paar Kontakte. Lieber zwischendurch mal wieder aufheizen, als die Platine zu fritieren.

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Auf die noch warme Platine mit dem schon erstarrten Zinn können dann vorsichtig die LEDs gesetzt werden. Großen Schaden wird die Restwärme wohl nicht anrichten, im Heißluftverfahren sind ebenfalls Vorwärmphasen vorgesehen, die auch mit deutlich über 100° C gefahren werden. Wenn die Bauteile etwas vorgewärmt sind ist die Wahrscheinlichkeit für Risse auch deutlich geringer, da die Temperaturunterschiede nicht so groß sind.

Die Platine samt LEDs wird nun einfach nochmal auf die Heizfläche geschoben und man wartet bis LEDs in das Lot einsinken. Das ist kein langsamer Prozess, sondern spielt sich in Sekundenbruchteilen ab, man sollte die Dinger daher nicht aus den Augen lassen. Sobald die Bauteile etwas eingesunken sind, muss die Platine vorsichtig auf die kalte Fläche zurückgeschoben werden. Da das Zinn noch flüssig ist, muss man dabei große Vorsicht walten lassen. Ein kleiner Ruck und die Bauteile verrutschen und es kann so evtl zu einem Kurzschluss kommen. Eine Korrektur ist in aller Regel nicht mehr möglich, bis das Zinn wieder erstarrt vergehen auch nur ein paar Sekunden.

Es sollte auch nun auch klar sein, warum man hier oft von der Ceranfeldmethode spricht. Das Verfahren lässt sich natürlich auch auf herkömmliche Herdplatten übertragen, es ist jedoch durch die „Stufe“ deutlich unbequemer die Platine sauber auf eine kalte Fläche zu schieben. Wer bereits Lotpaste besitzt kann sich natürlich die Schritte 1 und 2 sparen. Das Verzinnen geschieht dabei auf kalter Platine und ein einmaliges Aufheizen genügt um Bauteile und Platine zu verbinden.

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Im Anschluss daran wurde die Platine einfach zersägt und Einzelteile mit einkomponentigem Wärmeleitkleber auf den LEDträger geklebt.

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Die Stromversorgung verläuft über zwei der drei dünnen Stützen. Das Kabel dürfte einen Querschnitt von 1,5mm² haben.

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Das Gussgehäuse bekam natürlich auch noch eine entsprechende Bohrung verpasst.

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Ein kleiner Test des Setups im Vergleich mit der Schreibtischlampe (3x Seoul P4 KW @ 350mA vs. 4x Seoul P4 WW @ 700mA).

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Im direkten Vergleich mit den KW LEDs mag die Lichtfarbe noch sehr warm gewirkt haben, dieses Bild gibt die tatsächliche Farbe meiner Meinung nach deutlich besser wieder. Für meinen Geschmack ist das ganze immer noch ne ganze Spur zu kalt und ich muss wohl mal mit gelben oder orangen LEDs experimentieren.

WAMALA5_thermo3

Um mich nicht nur auf Schätzwerte verlassen zu müssen, wird diese Lampe ordentlich vermessen. Um der Chiptemperatur möglichst nahe zu sein, wurde nach Möglichkeit an der Kathode der LED gemessen. Am KK selbst hat es natürlich auch Tests gegeben, ausschlagebend ist jedoch immer die Chiptemperatur.  Es hätte auch irgendwo ein großer Wärmewiderstand auftauchen können, der den KK angenehem kalt hält im Endeffekt aber die LEDs isoliert. Die hätten sich in Folge dessen dann langsam selbst gegrillt.

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Gemessen wurde mit dem kleinen Digitalthermometer im Vordergrund. Angeblich sind die Dinger auf ein halbes Grad genau, etwas besseres war leider nicht greifbar. Ich habe mir für die Tests mal ein paar Nachmittage Zeit genommen und umfangreiche Testreihen gemacht, mit dem Thermofühler an verschiedenen  Positionen, mit Streuscheibe und ohne, auch mal ohne Wärmeleitpaste zwischen den KK-Teilen usw. Leider ist der Zettel mit den Aufzeichnungen (10min Intervalle) verschwunden, daher an dieser Stelle nur das Fazit aus dem Gedächtnisprotokoll. Bei 22° Raumtemp erreicht das finale Setup ca. 48° an der Kathode (Testdauer jeweils 3h). Der Kühlkörper ist nur ca. 5° kühler und auch über sämtliche Einzelelemente ungefähr gleich warm. Die Differenz beträgt da trotz diverser Grenzschichten nur 2-3°. Wärmeleitpaste (standard Silikon) hatte praktisch keinen messbaren Effekt, die  Streuscheibe dafür um so mehr. Ohne die sind es ca. 4° weniger, das scheint die Konvektion doch sehr gut auszubremsen. Der zusätzliche kupferne KK bringt fast 10° und hat damit die Mühen mehr als gelohnt.

mfg

RBT

Modell 1134680:

LEDprojekte:

HP-LEDspot
Ambilight
Nachttischlampe

Wissenswertes:

Ledtechnik (1)


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