[Fertig] Remote Phosphor Downlight Aufsatz für 10cmx10cm KK

    [Fertig] Remote Phosphor Downlight Aufsatz für 10cmx10cm KK

    Die Idee zu diesem Projekt entstand, als digikey diverse Remote Phosphor (RP) Produkte ins Programm aufnahm und jemand hier ne Sammelbestellung organisiert hat. Über diese besorgte ich mir eine 95mmx95mmx2mm RP-(Glas-)Scheibe. Ich wollte eine (Decken-)Einbauleuchte, die vollflächig leuchtet ohne große Diffusorverluste (-> Remote Phosphor!). Sie soll möglichst bodengleich äh deckengleich sein, um Abschattungen an der Decke bzw den Wänden gering zu halten und schließlich mit Kühlkörpern "von der Stange" bestückbar sein.
    So fiel die Entscheidung ein Reflektor/Gehäuse zu entwerfen, welches rückseitig einen 10cmx10cm Kühlkörper aufnehmen kann und frontseitig den RP, welcher mit einer Blende fixiert wird. Ich musste mich zunächst für eine Gehäusetiefe entscheiden. Maßgeblich hierbei war ein möglichst homogenes Leuchtbild des RP bei möglichst geringer Anzahl an LEDs und gleichzeitig nicht übertriebener Tiefe. Hierzu schrieb ich ein kleines Matlab-Skript, welches aus der Abstrahlcharakteristik bzw. räumlichen Intensitätsverteilung der gewählten LEDs (Cree XT-E royalblue) und einer vorgegebenen Entfernung ein Beleuchtungsintensitätsbild erstellte. Reflektionen durch den Reflektor bzw die Kammerinnenwand sind nicht berücksichtigt spielen aber natürlich eine Rolle.

    Anhand dieser Bilder entschied ich mich für 5 LEDs mit 3cm Abstand. Ein aus Aluprofilen zurechtgeschusterter Proof-of-concept sah so aus:

    Nun ging es also an den Entwurf und nach ein bisserl 2D-CAD-Bastelei kam dies dabei heraus.

    Nun war also die Frage, wie herstellen und woraus? Für Kühlzwecke wäre es natürlich am besten das ganze aus Alu zu fräsen und mit einer Alublende zu versehen, so dass nicht nur das Luftvolumen über der Einbaudecke zur Kühlung zur Verfügung steht. Nur lässt sich der Entwurf ohne Änderungen nur umständlich mit einfacheren (aka günstigeren) Frästechniken umsetzen. Darüberhinaus wäre es unsinnig das ganze aus einem Stück zu fräsen wegen des schlechten Verhältnisses von Anfangs- und Zielvolumen. Also flugs den Rahmen in vier Schenkel geteilt, die man dann zusammenschrauben muss. Schließlich hab ich mich für einen 3D-Druck entschieden, um die Kosten des Prototyps gering zu halten. Auch hier war die Produktion in 4 Schenkeln erheblich günstiger als am Stück - keine Ahnung warum. Zuguterletzt musste natürlich egal ob Druck oder CNC-Fräsen der 2D-Entwurf in ein 3D-Modell umgesetzt werden. Leider hatte ich überhaupt keine Erfahrung mit 3D-CAD bzw Modellierung, so dass es einige Zeit gedauert hat, bis ich mich daran gemacht habe.
    Hier ist das Ergebnis:

    Die 4 Schenkel habe ich bei Trinckle in Auftrag gegeben, die Blende bei Formulor (nervig dass die nur SVG als Uploadformat zulassen) in verschiedenen Materialien/Farben. Und nun warte ich auf das Eintreffen der Teile.

    Fortsetzung folgt
    Da da schon zu viele Bilder aka File-Attachments im vorigen Beitrag waren, geht's nun hier weiter.

    Um sich die vielen Bohrungen und Lötverbindungen zu sparen, die man hat, wenn man lauter Einzel-LEDs auf Star verwendet, hab ich mal ein PCB entworfen, um verschiedene Setups realisieren zu können. Hatte auch mal ein Angebot von Meodex dafür eingeholt, aber naja, zwischenzeitlich hakte es halt an der 3D Umsetzung. Nun warte ich mal die Prototypen ab, um weiterzusehen. Hier das Layout für verschiedene (4,5,8 oder 9 LEDs) Setups mit XP footprint:


    EDIT: Hab jetzt den Proof-of-concept wieder zerlegt und wollte euch das Material bzw die Innereien nicht vorenthalten.
    Hier zu sehen die XP/XT-Kupfer-Stars und XT-E royal-blue von Maritex (zum selber auflöten), blaue XP-E von LT (damit kann man die Lichttemperatur etwas nach oben trimmen, und der RP ist in dem Wellenlängenbereich angeblich etwas effizienter) und der zusammengeschusterte KK mit LEDs.

    Hier der PoC ohne RP. Ich hatte einen weißen Pappreflektor eingebaut, um Verluste durch den schwarzen KK zu verringern.

    Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von „Juisoo“ ()

    Hi,
    technische Umsetzung gefällt mir ausnehmend gut!
    Ich hab mir seinerzeit auch ein paar runde Scheiben dieses RP bestellt und testhalber mit weissem Karton und ner CREE XP-E2 Royal Blau @ 700mA auf KK eine Leuchte gebaut. Abstand waren etwa 4 oder 5 cm.
    Mein Eindruck ist, daß das RP ne Menge Licht schluckte. Eine warmweisse Cree XM-L @ 700mA zum Vergleich macht deutlich mehr Lichtstärke ... kannst du das bestätigen? Ich denke die Streuwirkung ist natürlich viel besser mit dem "Phosphor", aber auch das berücksichtigt war es ziemlich dunkel.
    Nachtrag, paar Stunden später entdeckte ich eine grünliche Schutzfolie auf dem RP und entfernte sie. :rolleyes: Trotzdem wurde es nicht viel heller ...
    Tatsächlich empfand ich die Lichtausbeute nicht ganz wie erwartet bei der Leistung. Der Entwurf lässt natürlich auch einfache weiße LEDs mit 2mm Diffusor zu, was ich auch noch als Option betrachte und mit einem möglichen zweiten Prototypen zum Vergleichstest antreten lassen werde. Ich berichte bei Gelegenheit.
    Gruß,
    J

    EDIT: Die Blenden von Formulor sind gestern bereits eingetroffen. Die 3D-Druck Teile erwarte ich allerdings erst im neuen Jahr

    Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von „Juisoo“ ()

    Zur Helligkeitsthematik ist mir jetzt noch eingefallen, dass ich genau aus diesem Grund mir noch was von dieser weißen Reflektorfolie besorgt hatte um das "mixing chamber" auszukleiden. Bekanntermaßen gibt es recht hohe Verluste, wenn es nicht stark reflektiert. Das werde ich auch mal ausprobieren.
    schöne Umsetzung!
    Hätte nicht gedacht, dass man mit Matlab auch Lichttechnische Simulationen programmieren kann.

    Das Remote Phosphor ist wirklich interessant. Gibt es das auch in flüssiger Form als Farbe oder ähnliches, weiß das jemand?

    Das mit der höheren Effizienz will mir noch nicht so ganz einleuchten. Wenn ich eine weiße LED habe und eine Diffusorscheibe davor setze, weitet diese ja normalerweise den Strahlkegel auf.
    Ein gutes Streumaterial wie 0D010 DF hat laut Herstellerangabe 83% Transmission, ist also vorwiegend vorwärtsstreuend.

    Eine Schicht Remote Phosphor dagegen emmitiert ja in alle Richtungen, man verliert also erstmal genau die Hälfte durch Reflexion. Natürlich kann man das dann wieder zurück reflektieren, davon wird aber wieder die Hälfte zurückreflektiert und so weiter.

    Andererseits habe ich diese Verluste ja bei der weißen LED schon von Hause aus und bei der blauen der Überlegung nach nicht..
    Werde der Sache mal nachgehen :D

    Wieso gibt es Remote Phosphor nicht schon viel länger, damit ließen sich viele Dinge verinfachen z.b. die Abstrahlcharakteristik von Retrofits..
    @ Juisoo:
    grüble schon die ganze Zeit über diese Reflektionsfolie ...
    man sagt ja daß eine reinweisse Farbe an die 95% Reflektionsvermögen hat, und blankes Metall eine ähnliche, auch wenns je nach Oberflächenbeschaffenheit eher spiegelt oder streut.

    Frage mich die ganze Zeit was so eine 3M-Reflektorfolie jetzt noch besser macht ... bis zu "163% bessere Lichtausbeute" gegenüber, was genau? Weisses Papier, Alufolie, nem Spiegel? Nem Fisch?

    Falls du einen Fetzen davon übrig hast - würde ich gerne mal untersuchen, ich reflektiere dir gerne die Portokosten. ;) zzgl. eines Obulus,
    kann mir nur so gar nix vorstellen darunter. Katzenaugen-Effekt?
    @Gyro. Ein Punkt ist, dass bei weißen LEDs der Konversionsfarbstoff aka "Phosphor" direkt auf der LED pappt und daher mit erhitzt wird, was seine Konversionseffizienz herabsetzt. Siehe insg. auch dieses Cree Paper, link

    @Lichtgestalter: nee, da geht's um "Reinweiß". Denn ne "normalweiße" Wand z.B. hat eben keine 95% Reflektion sondern bloß 70-85% (link, link, link) und selbst für den Lampenbau optimierte Lacke haben "nur" bis zu 92% (link, Abb.4).
    Wie viel ein paar Prozent Reflektivität ausmachen können kann man in diesem Dokument von Intematix nachlesen.
    link
    Jucheee! Nachdem die Blenden von Formulor schon vor Weihnachten da waren, sind nun auch die 3D-Drucke eingetroffen! Hier nur schnell ein paar Bilderchens:

    die Blenden, im Uhrzeigersinn von links oben: MdF, Birkensperrholz, Acryl weiß, Acryl grau


    die Einzelteile des Gehäuses:


    Zusammen"gelegt" von vorn:


    von hinten:


    Hab auch noch gleich ein paar 10x10 Kühlkörper von LT geordert. Die sollten morgen eintreffen. Dann kann ich nebeneinander ein Royal-Blue/RemotePhosphor-Setup gegen ein White-LED/Plexiglas-Setup aufbauen.
    Aaaah, da legst du den Finger in die Wunde. Für den Preis bekommst du 3-4 komplette 10W Downlights vom Chinahändler auf amazon.DE (!).
    Einer der Schenkel kostet bei Trinckle um die 15EUR... ;(
    Naja, ist halt wieder die Urform von Hobby, ich zitier dich da mal ganz frei: Geringstmöglicher Nutzen bei größtmöglichem Zeit-/Geldeinsatz.
    Mir hat es bis hierhin viel Spaß gemacht, und ich habe einiges gelernt. Wenn am Ende etwas steht, was ich auch noch täglich verwenden kann, dann war es mir das wert...
    Oho, das wäre interessant, da ich bislang noch nirgends royal-blue mid-powers gefunden habe. Da denk ich mal drüber nach.

    Hoppla, schon nachgedacht: ne 10x10Platine passt leider nicht mehr ins Gehäuse - nur etwa 7,5x7,5. Aber gut zu wissen, dass es Möglichkeiten gibt an royal-bluer 5630 zu kommen.
    Grrr, mir fehlten doch noch ein paar Schrauben, um das Ding jetzt zusammenzusetzen. Daher ein inkrementelles Update.
    Ich hab heute einen bzw zwei Kühlkörper vorbereitet für den Einsatz. Zunächst musste ich bei einem, den ich schon ne Weile rumliegen hatte ein Label abkratzen (s.Bild). Wer kommt denn auf die bekloppte Idee an der Stelle einen Kleber aufzupappen, den man kaum mehr abbekommt?! Etwas Kocherbenzin half dann die Klebereste zu entfernen. Dann erstmal die Reflektorfolie zuschneiden (Bild 2) und auf die KK kleben. Zu guter letzt noch Aussparungen für die LED-Stars schneiden und Bohrungen setzen. Dazu verwendete ich eine Bohrschablone, die ich aus meinem 2D-CAD-File exportiert hab.







    Prototyp fertig und leuchtet!

    Sooooo. Der RP-Prototyp "steht" bzw hängt - allerdings noch nicht in der Decke. Vorweg ein paar Erkenntnisse und Eindrücke:
    • Die RP-Platte ist nicht 2mm, sondern 2,5mm dick, man darf die Blendenschrauben daher nicht zu doll anziehen, sonst verzieht sie sich.
    • Die Auswahl an Plexi in 2mm (oder auch 2,5mm) ist sehr gering. Die interessanten Sorten gibt's ab 3mm.
    • Sternplatinen "verkabeln" macht mir einfach keinen Spaß. Für mögliche Folgeexemplare werde ich wohl die Mühe und Kosten auf mich nehmen ein MPCB fertigen zu lassen.
    • Das Kunststoffmaterial des 3D-Drucks ist nicht lichtdicht.
    • Bei 700mA (gut 11W) erscheint die Raumhelligkeit rein subjektiv und ohne Vergleich unter meinen Erwartungen
    • Nach 45min @700mA (ca 11,2W) in einem MdF-Brett kopfüber eingelassen aber frei im Raum ist der KK handwarm.
    Zunächst hab ich noch die Seitenwangen des Gehäuses innen mit der Reflektorfolie ausgekleidet, was - wie man später noch sehen wird - definitiv sinnvoll ist.


    Nachdem ich dann endlich die M2,5x20 Schrauben für die Gehäuse-Montage bekommen habe, konnte ich das gute Stück endlich mal zusammenbauen.


    Wer sich bisher gefragt hat, wofür die Löcher und Kerbe in den Außenseiten sind, der sieht es hier:


    Dann also ran an die LEDs bzw. LEDs ran an den KK. Ich hab das PoC-Setup nochmal auseinandergepflückt, um weiße Litzenstücke zur Verbindung zu verwenden, und musste wieder mal feststellen, dass ich nicht gerne Star-LEDs verarbeite bzw verbinde...Nach dem obligatorischen "Durchpiepen" kam die blaue Schutzfolie ab.


    Fix zusammengeschraubt und in ein MdF-Brett probeweise eingebaut. Zwei Klammern reichen, um das Konstrukt in Einbaulage zu halten.


    Und dann ran an den Speck, ääh, Strom. Bei 10mA (fotofreundlich) sind noch 5 Hotspots zu erkennen (1. Bild), allerdings auch schon recht verwaschen. Bei 100mA hat man bereits ein recht homogenes Leuchtbild (2. Bild) und bei 700mA eine zwar sehr helle aber nicht arg unangenehm oder gar schmerzhaft blendende ca 90mmx90mm Leuchtfläche (ohne Bild). In diesem Bereich hat mich das Setup voll überzeugt, also in Bezug auf eine möglichst homogen leuchtende Fläche.


    Bei 700mA fallen an den 5 in Reihe geschalteten XT-E royalblue nach ner halben Stunde etwa 16V ab, was einer LED-Leistung von ca 11,2W entspricht.


    Ohne jetzt einen direkten Vergleich zu haben, erscheint mir die abgegebene Lichtmenge bzw die Erhellung meines Bastelraums durch diese Lampe allerdings unter meinen Erwartungen an ein 10W-Array. Dem werd ich nochmal etwas nachgehen. Dazu brauch ich allerdings erstmal ein Luxmeter und muss noch einen Vergleichsaufbau mit (effizienten) weißen LEDs machen. Vllt guck ich auch mal in die Grabbelkiste, um nen schnellen subjektiven Vergleich zu haben.

    Zu guter letzt noch dies. Der Kunststoff der 3D-Druckteile ist nicht lichtdicht und daher zum Bau eines Mixing-Chambers nur bedingt geeignet. Daher war es auch absolut wichtig wenigstens die großen Flächen der Seitenwangen mit der Reflektorfolie auszukleiden. Wie im Bild gut zu sehen kommt an den stellen wo die Folie für die Schrauben unterbrochen ist eine ganze Menge Licht aus der Kammer nach draußen. Da muss ich wohl doch nochmal ne Fräsanfrage stellen. Alternativ, könnte ich das Gehäuse innen noch lackieren. Wär halt wieder nen Arbeitsgang mehr...


    Es wird weitergehen!
    Hab mal schnell nen Vergleich nach Augennorm gemacht. Einmal bei rund 5,5W mit einem Triple XP-E P4 (nicht die high CRI Version) Stern und einmal bei ~11W (11,2 RP vs 11,45 WHT) mit den fünf weißen LEDs (WHT) aus diesem Post ohne die MX-3. Gegen die (veraltete) XP-E P4 gewinnt mein RP-Downlight sowohl in Lichtfarbe als auch Helligkeit (nach subjektivem Eindruck):

    5,5W Vergleich, erst RP dann XP-E P4:



    im Histogramm kann man die Unterschiede etwas quantifizieren (wieder erst RP dann XPE)


    Beim Vergleich mit den 5 weißen LEDs erscheinen die weißen ganz leicht im Helligkeitsvorteil:

    11W Vergleich, erst RP (11,2W) dann WHT (11,45W)



    und die Histogramme:


    EDIT: Ach ja, Bilder sind natürlich alle mit denselben Einstellungen vom selben Ort aus (allerdings freihand, mittleren Fokuspunkt auf das "Auge" gelegt) gemacht, Blende 3,5, 1/60s, ISO400, Weißabgleich 5200K

    Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von „Juisoo“ ()

    Nach dem Schrecken, keine RP-Scheiben mehr zu bekommen und dem anschließenden Aufatmen, hat digikey doch tatsächlich nur 2-3 Tage (!!!!) gebraucht, um mir mein Packerl aus den USA zu schicken. Fand ich irre schnell!
    Ich habe nun noch ne 80CRI/4000K (840) und ne 80CRI/3000K (830) Scheibe. Die erste ist, wenn ich mich recht entsinne, ne 927. Leider gab's die 4000er nicht mehr in XT, sondern nur noch als PC Version. Neben den unterschiedlichen Trägermaterialien (XT->Glas, PC->Polycarbonat) haben die auch strak unterschiedliche Farben im inaktiven Zustand. Während ihr die XT Version von den Fotos oben kennt ist die PC Version knallgelb (wer die Philips Master kennt...).
    840-PC


    hier nochmal zum Vergleich die 927-XT:


    Ein erster grober Vergleich mit der Status-Quo-Beleuchtung im Gäste-WC (älteres 5,5W TOSHIBA E27-2700K-Retrofit in nackiger-Fassung an der Decke baumelnd) vs an das Deckenauslasskabel angehängte (nicht angeschlossene) RP100-Downlight zeigt bei 350mA (5,3W sekundär) für's Downlight eine höhere Beleuchtungsstärke an 5 Messpunkten (u.a. auf ner Zeitschrift, wenn man auf'm Pott sitzt, auf'm Waschbeckenrand, vorm Spiegel). Für die 927-XT Version zwischen 25 und 40% höhere Werte und für die 840-PC Version zwischen 78 und 130%. Bei 700mA würde sich die Beleuchtungsstärke mit dem 927er gegenüber Status Quo nach Schätzeisen mindestens verdoppeln und bei der 840er ver-3,5- bis ver-4-fachen. Allerdings fürchte ich mal wieder die 4000K bei der Liebsten nicht durchzukriegen...

    Nächster Stop: Deckeneinbau!

    PS: neue Teile für ein weiteres gedrucktes Plastikgehäuse sind geordert. Einen Schenkel hab ich mal aus Alumide bestellt - das soll angeblich auch ein bisschen Wärme ableiten. Wollt ich mal testen. Ich habe auch inzwischen einen Anbieter gefunden, der das Dingen ganz aus Alu drucken kann - kostet dann mehr als das 20fache :wacko: Also ist nicht.