LotharGehlhaar - Teichbauforum

Hallo Teichianergemeinde,

ich wollt euch mal ne Lösung für LED Einbaustrahler präsentieren.

Der Wunsch: fette LED Farbstrahler in eine Wand einbauen (zB hinter Wasserfall)
Das Problem: LED können nicht mit Luft gekühlt werden
Der Irrsinn: schweineteuer und gehn kaputt

Die Lösung: Wasserkühlung

Zu den Einzelheiten:

Ich wollte gerne einen 160cm langen Wasservorhang von meinem Hochteich runter in den Teich. Nun bietet es sich ja an, den hübsch von hinten zeitgemäß mit RGBW-LEDs und massig Lumen zu beleuchten.

Dazu müssen die Strahler in eine Wand eingesetzt werden, wo sie aber nicht wie sonst üblich mit Kühlkörpern und kleinen Ventilatoren gekühlt werden können, da es keine Luftzirkulation in der Wand geben kann. Möglich wären vielleicht Luftöffnungen rund um die Lampe herum, aber das wäre häßlich und ein vorzügliches Nest für Insekten. Von Wassereindringmöglichkeiten ganz zu schweigen.

Ein Strahler hat 3 Chips mit je 4 Emittern für Rot, Grün, Blau und Weiß. Zusammen rund 45 Watt bei 1600 Lumen Lichtausbeute (Farbe wohlgemerkt!!! 3 Strahler ergeben ein Lumenäquivalent eines 500W Halogenstrahlers). Diese Chips sind auf einer sogenannten Starplatine aufgelötet. Vorteil der Austauschbarkeit bei Neuerungen bei der LED-Entwicklung. Diese Trägerform ist zur Zeit eine Art Standard.

Da müssen bei 45W also einige Watt Verlustleistung abgeführt werden. Bei herkömmlichen LED Produkten fahren die Hersteller die sogenannte T-Junction, das ist die Temperatur der 1-2 Quadratmillimeter die leuchten (grob übersetzt), auf 80°C und darüber hoch. Manche LED-Leuchtmittel kann man kaum anfassen ohne sich zu verbrennen.

Nun ist es bei LEDs so, daß man theoretisch beliebig viel Strom hindurchjagen kann bis das Ding verdampft. Dies kann man verhindern indem man die Wärme abführt.
Die T-Junction bestimmt hier die Lebensdauer der LEDs. Hält man sie knapp unter 80°C, machen sie es ein Weilchen. Darüber immer kürzer, darunter immer länger, und das ist der Clou, bis hin zu Ewigkeiten.

Hält man die Temperatur unter 40°C werden die Dinger in erlebbaren Zeiträumen nie kaputt gehn oder Leistung verlieren. Jedenfall nicht durch Wärmeentwicklung - zu 99,9% die Haupttodesursache von LEDs.

Also habe ich mir aus ein bissl Aluminium einen Kühlkörper mit Deckel fräsen lassen, der in ein herkömmliches 50mm Einbau-Lampengehäuse eingesetzt werden kann.

Dort sind zwei Schlauchanschlüsse für das Kühlwasser. Alles andere ist vom umfangreichen PC-Wasserkühlungsmarkt (Pumpe, Ausgleichsbehälter, etc). Das Kühlmittel wird über einen Wärmetauscher (mehrere parallele Alurohre) mit Teichwasser gekühlt.

Bei 25°C Teichwassertemperatur kann man bei Volllast (45W) die T-Junction unter rechnerischen 34°C halten (Quelle: Solidworks Simulation).

LED-Einbau-Farb-Strahler für die Ewigkeit.

Wenn jemanden weitere Einzelheiten interessieren, stehe ich gerne für Fragen zur Verfügung.

leuchtende Grüße
Heiko


PS: Bilder kommen gleich hinterher

Mir ist es neu das LED so heiß wird.
Was ist den mit dem Stripes oder den LED als Leuchtröhren, da merke ich nix von Hitze

Gruß Lars

Hallo Lars,
es kommt immer auf die Leistung an. Ein Stipe hat keine 45W und erst recht keine 1600 Lumen. Auch bei einer LED wird nur ein Teil der elektrischen Leistung in Licht umgewandelt, der Rest wird verheizt wie überall woanders auch. Sie muss halt nur weniger verheizen als beispielsweise Halogen. Damit ist sie effizienter, aber lange nicht perfekt. Diese Wärme ist die Verlustleistung und muss abgeführt werden, sonst zerstört sie die LED in nullkommanix. Schau mal im Baumarkt. Die Deckeneinbaustrahler haben alle kleine Ventilatoren hinten dran und können nur in Zwischendecken eingbaut werden mit genug Platz nach oben.
Also keine Panik, bin schon halbwegs vom Fach. Lass mich doch erst mal dazu kommen die Bilder hoch zu schieben
coole Grüße
Heiko

Ich hatte irgendwo noch die Strömungssimulation, konnt se aber nich finden. Mach mal ne neue, aber die dauert bei meinem Rechner ne Nacht. Reiche sie mal nach.
Fotos kommen auch noch bessere, die warn nur mit nem Handy. Aber so habt ihr erst mal ne Vorstellung.

Ergänzung zu Leistung und Lichtstrom:

Bei 45W können problemlos 34°C T-Junction und weniger gehalten werden. Das heißt, daß man bedenkenlos auch 100W und mehr durchjagen kann. Aber wozu? Bei voller Power braucht man ernsthaft ne Sonnenbrille. Aber es ist ohne weiters möglich.

Sinn der hohen Lichtausbeute ist, daß man auch bei den Einzelfarben, zB reines Blau, genügend Lumen zur Verfügung hat, um eindrucksvoll zu illuminieren.

Die 45W werden nie abgerufen, da man ja fast immer in irgendeiner Weise, je nach Stimmung, die Farben mischt.

Besonders interessant werden hohe Lumenwerte jedoch unter Wasser. Für dort sind Lampen in der Warteschlange, die je 18 Emitter tragen werden (x6). Damit lässt sich das Wasser selbst zum leuchten bringen.

ACHTUNG: NICHTS FÜR KOIS!!!!!

Aber das versteht sich eigentlich von selbst denke ich.

Unterwasserstrahler dieser Größenordnung sind halt schön für Zier-, Schwimm- und Pflanzteiche.

Warum ich euch damit die Ohren voll labere: man kann Lampen dieser Einbauart nicht kaufen. Es gibt keine LED-Strahler für den Wandeinbau. Eben weil es "nicht" möglich ist sie zu kühlen... es sei denn mit Wasser.

Es gibt jedoch sündhaft teure, tellergroße Unterwasser-LED-Fluter, doch die Dinger sind was für den Wertstoffhof. Technisch völlig veraltet. Die sind einfach zu faul immer die aktuellsten LED-Produkte zu verwenden. Absolut keine Ahnung warum. Man hat die Technik für die nächsten 10 Jahre in der Schublade, aber will mit der alten noch möglichst viel Kohle machen. Bestimmt irgendwie so was in der Art.

Bei Interesse kann ich ja mal was zusammenstellen wegen den UW-Teilen. Kleine, einfache, weiße will ich mir auch noch machen als Spots. Da hätt ich zumindest ein paar Zeichnungen zum diskutieren. Die Unterwasserdinger sind natürlich passiv gekühlt.

ergänzende Grüße
Heiko

Hi ich finde deine Arbeit wirklich sehr gelungen. Mir persönlich wäre es zu hell, aber das kann auf den Fotos schon täuschen. 1600 Lumen sind halt schonmal eine Hausnummer Kannst du ein paar angaben zu deinem Gehäuse machen? Evtl wäre das ja was als Unterwasserstrahler für einen Pflanzenfilter

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Gruß Uwe

Meine Teichbaudoku:
viewtopic.php?f=1&t=15521

servus heiko,

du sprachst von kühlungskomponenten aus dem pc ....... warum nutzt du zur kühlung nicht einfach vorhandenen technik ?

z.b. wird der bachlauf ja zwingend von einer teichpumpe gespeist - hier könnte man einen kleinen bypass zur kühlung abzweigen ....... zur verbesserung der LED sicherheit noch ein verzögerungsrelay, welches das einschalten der led`s mit kurzem zeitversatz zur bachlaufpumpe regelt . somit wäre gewährleistet, daß der kühlungsstrang schon vor einschalten der leds anliegt.
schaltung bachlauf led läuft paralell.

optisch gesehen erscheint mir aber die grundsätzliche bauart der led strahler wenig geeignet für den einsatz im nassbereich ???

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gruß jürgen
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Hallo Uwe,
das mit dem zu hell ist beabsichtigt, um genug Power bei den Einzelfarben zu haben. Da die Dinger nich ganz für lau sind, wäre es überaus ärgerlich, wenn man sich später sagen würde, daß man eigentlich ne Schippe noch hätte drauflegen können. Und ja, die Fotots sind Mist Werd auch noch bessere mit ner richtigen Kamera machen.

Das Gehäuse ist ein 50mm Standard-Einbau-Teil aus einem großen Bau(markt)haus. Es kann jede beliebige 50mm Fassung genommen werden. Darum ging es mir bei dem Entwurf. Diese hier ist aus gebürstetem Edelstahl und lässt sich um ein paar Grad kippen.

Unterwasserstrahler würden durch das Umgebungswasser passiv gekühlt und können bedeutend einfacher aufgebaut werden. Einfach nur Montageplatte mit rückwärtigem Kk. Bin noch bei der Auswahl geeigneter Kühlkörper (Finger, Rippen...). Müssen leicht zu reinigen sein (Biofilm...). Die Finger kühlen zwar gut, aber säubern macht bestimmt keinen Spass.

Die abrufbare Leistung bei passiver Kühlung ist natürlich wesentlich niedriger, vielleicht so um die 60-80%, aber immer noch hell genug für einen Wasserglüheffekt.

Hab hier mal n Beispiel für die fetten Farb-UWS. Bei 80% komme ich auf eine T-Junction von rund 40°C. Rechnung bezieht sich auf blitzblanke Kühlrippen. Daher ist 60% eine gute Orientierung denke ich. Alternativ könnte man auch ne kleine Strömungspumpe ransetzten um mehr rauszuholen oder in einem durchströmten Bereich anbringen. Müsste ich mal durchrechnen was man da an Wasserbewegung braucht für eine ausreichende Kühlung. Dieses Beispiel ist nur mit Schwerkraft, bzw Konvektion gerechnet.

Von den kleinen Spots habe ich auch noch ne Skizze gefunden. Hier in der Fingerversion.

Die Acrylhalbschalen sind übrigens Weihnachtskugeln zum selber basteln. Gibts in allen möglichen Formen und Größen.

weihnachtliche Grüße
Heiko

Hallo Jürgen,

du dachtest bestimmt an CPU-Kühlkörper für Wasserkühlung.
Diese haben zwei große Nachteile. Zum einen kühlen sie nicht gezielt die drei Punkte wo die LEDs montiert sind (hab dutzende von inneren Kühlkörperstrukturen getestet. Ging nur mit geziehler Anströmung der drei Punkte) und zum anderen passen sie in keine Lampenfassung. Auch ist das dichte Abdeckeln einer quadratischen Fläche schwieriger. Eine runde Form hat da viele Vorteile. Glaub mir, ich habe die Dinger nich freiwillig fräsen lassen, dazu wär ich viel zu faul Mit günstiger, arbeitssparender und kaufbarer Technik war das leider nich zu realisieren.

Teichwasser zur Kühlung geht nur bei passiver Kühlung. In dieser Form (die Einbauteile) ist ein getrennter Kühlkreislauf mit speziellem Kühlmedium zwingend erforderlich. Stichwort Biofilm, Korrosion, ganz besonders Winterbetrieb.

Die Teile kann ich getrost ins Wasser schmeißen, die sind dicht. Die kippbare Fassung natürlich nicht, aber das braucht sie auch nicht sein. Diese hält die eigentliche Lampe ja nur fest, damit se nich so blöde rumbaumelt

Falls du an Strom dachtest, die sind natürlich Niederspannung 12-24V.

spannende Grüße
Heiko

Angebot:

Wenn ihr eigene Vorstellungen für eure Beleuchtung habt, helfe ich gerne mit Konstruktion und Simulation. Mir macht das Spass

spassige Grüße
Heiko