Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lumen)

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Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lumen)

Beitrag von Höhlenfreund » Do. 02. Jan 14 23:04

„cavelight 3600“

Basteldoku :

Bei eher engräumigen Höhlen oder Bergwerken ist eine Helmlampe mit einem emittierten Lichtstrom von 100-200 Lumen absolut ausreichend, um sich zu orientieren und fortzubewegen (z.B. Princeton Tec Apex ).

In Höhlen oder Bergwerken mit größeren Gangdimensionen und großen Hallen wäre es aber schön, bei Bedarf auf Knopfdruck auch deutlich mehr Licht zur Verfügung zu haben, um sich einen Überblick zu verschaffen und die ganze Schönheit der Höhle zu sehen.

Aus diesem Grund habe ich mir im Frühjahr 2012 eine neue, sehr helle und stufenlos dimmbare Helmlampe gebastelt. Die Lampe emittiert mehr Licht, als alle kommerziell verfügbaren Höhlen-Helmlampen und soll nachfolgend vorgestellt werden, um anderen Lampenbastlern vielleicht die eine oder andere kleine Anregung zu geben.

Am Ende des Beitrags findet sich auch eine Auflistung aller verwendeter Komponenten, mit Angabe von Bezugsquelle und Einzelpreis, sowie eine Skizze des Lampenkopfs mit Bemassungen.

Nachfolgend zunächst ein paar Bilder der fertig aufgebauten Lampe:



Die Elektronik sitzt in einem separaten Alu-Gehäuse an der Helmrückseite. Der Li-Ion- Akku wird am Gurt getragen.
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Re: Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lume

Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:12

Der Lampenkopf kann stufenlos verkippt werden. Als Drehachse dient die sehr massive M12-Kabelverschraubung.
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Re: Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lume

Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:13

Auf der Rückseite des Lampenkopfs ist ein Stiftkühlkörper eingelassen, um die Kühlung und somit die Effizienz der Leds (Lumen/Watt) zu verbessern.
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Re: Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lume

Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:16

Die im Lampenkopf integrierte Led-Platine ist mit 7 Stück CREE XM-L U2 Leds bestückt.
(Zum Vergleich: Die Scurion 1500 ist mit 2 Stück CREE XM-L U2 Leds bestückt).

Die im Lampenkopf verbaute 7fach-Optik bietet einen sehr guten Kompromiss aus homogener Ausleuchtung und hoher Reichweite.
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Re: Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lume

Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:18

Folgende Vorgaben sollte die neue Lampe erfüllen:

- Lampenkopf, Elektronikgehäuse und Akkugehäuse möglichst wasserdicht. Mindestens Schutzart IP67
(30min, 1m Wassertiefe).

- Robuste, zuverlässige Konstruktion (sehr stabiler Lampenkopf, massive Frontscheibe, robustes
Elektronik- und Akkugehäuse, strapazierfähiges Kabel, Kabelverschraubungen und Stecker mit guter
Zugentlastung , Stecker mit Verriegelung und vergoldeten Kontakten für gute Korrosions-
beständigkeit und geringe Kontaktwiderstände).

- Sehr hoher max. Lichtstrom (heller als alle kommerziell verfügbaren Höhlen-Helmlampen).

- Verwendung der effizientesten am Markt verfügbaren Leds für lange Akkulaufzeiten.

- Lampenkopf mit großer Oberfläche für optimale Kühlung und somit max. Effizienz der Leds

- Erträgliches Gesamtgewicht der am Helm montierten Komponenten (Akku wird am Gurt getragen).

- Optik mit homogener Ausleuchtung ohne konzentrische Strukturen.

- Helligkeit stufenlos dimmbar.

- Lampenkopf stufenlos in der Neigung verstellbar.

- Qualitativ sehr hochwertige Konstantstromquelle (KSQ) + PWM-Dimmer (Pulsweitenmodulation).

- Qualitativ sehr hochwertiger Li-Ion-Akku (Panasonic- oder Samsung-Zellen) mit Schutzschaltung
gegen Überladung, Tiefenentladung und externen Kurzschluss.

- Qualitativ hochwertiges und einfach zu bedienendes Ladegerät für 4-zelligen-Li-Ion-Akku.

- Für Filmaufnahmen geeignete PWM-Frequenz.

- Keine magnetischen Teile am Helm (z.B. Reedschalter), um Kompass nicht zu stören.

- Nach Möglichkeit alle Komponenten von deutschsprachigen Bezugsquellen mit kurzer Lieferzeit.




Komponenten der Eigenbau-Led-Helmlampe (Akku + Ladegerät fehlen auf dem Bild noch).
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Re: Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lume

Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:21

Die wichtigsten Komponenten:


Das Herzstück der Helmlampe: 7x CREE XM-L U2 Led auf Kupferplatine.

Max. theoretischer Lichtstrom: ca. 7000 Lumen (I=3000mA, P= 70W).

Der angegebene max. theoretische Lichtstrom wird nur bei perfekter Kühlung und ohne Optik erreicht, da die Effizienz der Leds mit steigender Temperatur sinkt und jede Optik verlustbehaftet ist. Die Kupferplatine bietet im Vergleich zu den wenigen Konkurrenzprodukten auf Aluplatine eine deutlich verbesserte Wärmeableitung.


http://www.led-tech.de/de/High-Power-LE ... 0_117.html


.
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Re: Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lume

Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:23

Zu Beginn des Bastelprojekts wurde zunächst die links abgebildete 7fach CREE XM-L T6 Platine des Taucherlampen-Herstellers Gral-Marine verwendet:
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Re: Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lume

Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:25

Für die Led-Platine sind verschiedene 7-fach Optiken sowie diverse Einzeloptiken des Herstellers Polymer-Optoelectronics mit unterschiedlichem Abstrahlwinkel verfügbar.

z.B.:

1.) Abstrahlwinkel 12°, clear, Part No. 261 (Abbildung links, auch bei led-tech erhältlich)
ursprünglich designed für Luxeon Rebel leds

2.) Abstrahlwinkel 12°, diffuse, Part No. 264 (Abbildung rechts)
ursprünglich designed für Luxeon Rebel leds


http://www.led-tech.de/de/High-Power-Zu ... 6_108.html

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Re: Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lume

Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:27

Bei der 7fach-Optik in der Mitte wurde testweise die mittlere Einzeloptik heraus gesägt und provisorisch durch eine Weitwinkel-Einzeloptik ersetzt.
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Re: Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lume

Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:29

Links: „Senser Xtreme“ Boost-Konstantstromquelle (KSQ)

Bei der „Senser Xtreme“ vom deutschen Hersteller pcb-components handelt es sich um eine extrem leistungsfähige KSQ, die in der Lage ist, bis zu 16 Highpower-Leds mit einem konstanten Ausgangsstrom von bis zu 2050mA zu versorgen. Dies entspricht einer Led-Leistung von über 100W.

Alternativ kann die „Senser Xtreme“ auch bis zu 8 Highpower-Leds mit einem konstanten Ausgangsstrom von bis zu 3050mA versorgen.

Die Effizienz der KSQ beträgt je nach Eingangsspannung bis zu 97%. Die Verlustleistung (Erwärmung) ist daher äußerst gering.

Bei der „Senser Xtreme“ handelt es sich um eine sog. Boost-KSQ. Das bedeutet, daß die Akkuspannung geringer sein kann (muß) als die eigentlich benötigte Led-Spannung. Dies hat den Vorteil, daß man weniger Akkus in Reihe schalten muß.

http://pcb-components.de/index.php?page ... &Itemid=64



Rechts: „NanoDimV2“-PWM-Dimmer.

Der „NanoDimV2“ bietet 3 verschiedene Möglichkeiten der Helligkeitsregelung :

1.) Bedienung mit einem Poti (stufenlose Dimmung, 0-100%)
2.) Bedienung mit 2 Drucktastern (stufenlose Dimmung, 0-100%)
3.) Bedienung mit 1 Drucktaster (vordefinierte Dimmstufen: 0%, 25%, 50%, 100%)

Die Dimmfrequenz ist wählbar (200Hz oder 2KHz) und laut Hersteller für Videoanwendungen geeignet.

http://pcb-components.de/index.php?page ... &Itemid=64

.
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Zuletzt geändert von Höhlenfreund am Fr. 03. Jan 14 22:50, insgesamt 2-mal geändert.

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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:30

Montage der Komponenten:


Löcher für Lampenkopf-Halterung in den Helm bohren
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:31

Lampenkopf-Halterung montieren. Auf der Helm-Innenseite größere U-Scheiben verwenden.
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:32

An der Helmrückseite Löcher für die Montageplatte zur Befestigung des Elektronikgehäuses bohren.
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:33

Montageplatte montieren. Auch hier auf der Helminnenseite größere U-Scheiben verwenden.
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:34

Komponenten für das Elektronikgehäuse. Die Wandstärke des Alugehäuses beträgt 3mm (heavy-duty-Ausführung). Das Gehäuse sollte also auch sehr harte Schläge gegen den Fels unbeschadet überstehen.
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:35

Elektronikgehäuse festschrauben. Da die Wandungen des Alu-Gehäuses fertigungsbedingt nicht perfekt plan sind, wurden die Auflageflächen für die Kabelverschraubungen plan gefräst und jeweils direkt anschließend die M12-Gewinde gebohrt und geschnitten (ohne Umspannen des Werkstücks, damit Auflagefläche und Gewindegang auch wirklich perfekt senkrecht zueinander stehen).
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:36

Kabelverschraubungen montieren. Für optimale Dichtigkeit hochviskoses O-Ring-Fett verwenden (z.B. Baysilone von Bayer). Die Gewinde der Kabelverschraubungen wurden zusätzlich mit Teflon-Dichtband abgedichtet. Kabel montieren und XLR-Stecker anlöten.
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:37

Elektronik-Platinen mit Wärmeleitpads auf Aluprofil aufkleben, Kabel anlöten und Aluprofil mit Wärmeleitpads in das Alugehäuse einkleben. Drucktaster (IP67) montieren. Für noch bessere Dichtigkeit und zum Schutz vor Verschmutzung mit Höhlenlehm bei der Montage der Drucktaster die optional erhältlichen Dichtkappen verwenden.
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:38

Durch Anlöten des blauen Kabels an Lötpad „B“ des PWM-Dimmers kann die PWM-Frequenz von 200Hz auf 2KHz geändert werden.
Die Anschlußbelegung von KSQ und PWM-Dimmer findet sich in den zugehörigen, sehr übersichtlichen Manuals, welche man sich bei pcb-components als pdf-file runterladen kann.
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:39

Dichtflächen blank polieren. Dichtung des Elektronik-Gehäuses von Fusseln reinigen und gleichmäßig mit O-Ring-Fett einfetten. Deckel aufsetzen und die 4 Zylinderschrauben gleichmäßig anziehen. Zum Schluss alle 4 Schrauben kräftig bis zum Anschlag anziehen.
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:40

Komponenten für den Lampenkopf. Als Frontscheibe wird der Einfachheit halber die original Scurion-Frontscheibe verwendet (Befestigungslöcher auf 4mm aufgebohrt).
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:40

Arctic-Silver Wärmeleitpaste mit feinporiger Schaumstoffwalze möglichst dünn und gleichmäßig auf den Stiftkühlkörper auftragen und diesen kräftig mit dem Lampenkopf verschrauben.
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:42

Blank polierte Oberfläche des Lampenkopfs nach der Fertigung. Als Alu-Legierung wurde AlMgSi1 verwendet, da es einen Kompromiss aus guter Zerspanbarkeit und guter Eloxierbarkeit bietet.
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:43

Da raue, matte Oberflächen Wärme besser abstrahlen können als glatte, polierte Oberflächen, habe ich den Lampenkopf und den Stiftkühlkörper glasperlengestrahlt. Eigentlich sollte der Lampenkopf auch farbig eloxiert werden. Aus Zeitgründen habe ich darauf dann aber doch verzichtet.
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Re: Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lume

Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:43

Das Lampeninnere, sowie die Auflageflächen für Stiftkühlkörper und Kabelverschraubung wurden blank poliert belassen.
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Re: Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lume

Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:44

Kabelverschraubung montieren. Für optimale Dichtigkeit hochviskoses O-Ring-Fett verwenden (z.B. Baysilone von Bayer). Das Gewinde der Kabelverschraubung wurde zusätzlich mit Teflon-Dichtband abgedichtet.
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:45

Der von mir verwendete Stiftkühlkörper ICK S R 54 X 20 von Fischerelektronik (rechts) hat eine Tiefe von 20mm. Der Kühlkörper ist bei Bedarf aber auch mit einer Tiefe von 30mm bzw. 45mm erhältlich.
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Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:46

Lampenkopf an Lampenkopf-Halterung montieren.
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Re: Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lume

Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:47

Led-Platine anlöten. Die Unterseite der Led-Platine in vollflächig vergoldet. Dies beugt möglicher Oxidation vor und macht das rückstandslose Entfernen von z. B. Fingerabdrücken möglich.
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Re: Basteldoku: Sehr helle Eigenbau-Led-Helmlampe (3600 Lume

Beitrag von Höhlenfreund » Fr. 03. Jan 14 0:48

Arctic-Silver Wärmeleitpaste mit feinporiger Schaumstoffwalze möglichst dünn und gleichmäßig auf die Unterseite der Led-Platine auftragen und diese kräftig mit dem Lampenkopf verschrauben.
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