Im folgenden Beitrag möchte ich den Bau eines LED Ringlichtes mit Hochleistungs-LEDs beschreiben.

Die aktuellen Luxeon K2 (http://http://www.lumileds.com) sind bis zu 30% effektiver gegenüber herkömmlichen LEDs.

Die Type LXK2-PW14-V00 erreicht dabei bis zu 140Lm/6500K bei 1500mA / 3,85 Volt und darf eine Grenzschichttemperatur von 150°C erreichen. Bei 1000mA beträgt die durchschnittliche Lebenserwartung 50.000 Stunden.

Durch die kompakte Bauform der LEDs können hohe Leuchtdichten auf geringstem Platz erzielt werden.

Aus 12 Stück Luxeon K2 LXK2-PW14-V00 habe ich mir ein Ringlicht gebaut. Dieses kann universell an Nikon Objektive 52mm, 58mm, 62mm und 77mm über passende Adapterringe montiert werden. Entsprechende Adapter Ringe für andere Objektive gibt es auch.

Die 12 LEDs können im Maximum bei 1680Lm knapp 70 Watt aufnehmen und in Wärme umsetzen. Diese Wärme muß über eine ausreichende Kühlfläche abgeführt werden. Damit ergab sich folgender Aufbau.

Die Luxeon K2 LEDs haben zur besseren Wärmeabgabe unterhalb des Chips eine metallische Kühlfläche. Damit die LEDs die maximale Wärmemenge ableiten können, muß ein möglichst geringer Wärmewiderstand zwischen dieser Kühlfläche und dem Kühlkörper bestehen. Dabei muß aber die Metallfläche der LED elektrisch isoliert gegenüber der Kühlfläche sein.

Um die LEDs mechanisch zu befestigen und dabei einen hohen Wärmeübergang bei gleichzeitiger Isolation zu erreichen, habe ich mich für die Montage mit einem sehr effektiven Wärmeleitkleber entschieden. Dieser ist zwar selbst nicht leitend, jedoch muß bei der Verklebung sichergestellt sein, das die Kühlfläche der LED nicht der Trägerplatte leitenden Kontakt bekommt.

Die Kühlfläche des LED hat eine durchschnittliche Stärke von ca. 300 Micrometern gegenüber der Bodenfläche des LEDs. Um nun einen ausreichenden Abstand von ca. 200 Micrometern zu erreichen, habe ich 0,5mm Kupferdraht Segmente auf den Gehäuseboden mit 2-Komponenten Epoxidharz-Klebstoff geklebt. Weiterhin habe ich die elektrischen Anschlußfahnen horizontal gerade gebogen.

Das Ringlicht besteht aus einer 3mm starken Trägerplatte für die LEDs, einem 3mm starken Mittelstück und abschließend einer 2mm starken Frontplatte. Die thermische Verbindung zwischen den Teilen wird mit Wärmeleitkleber bzw. Wärmeleitpaste geschaffen.
aus diesen Blechen habe ich 2 Stück 3mm und 1 Stück 2mm Ring angezeichnet,
und diese dann ausgeschnitten
auf die Trägerplatte werden die LEDs mit einem Wärmeleitkleber befestigt. Hierfür verwende ich Artic Silver. Dieser Wärmeleitkleber hat durch einen sehr hohen Silbergehalt einen Wärmeleitwert von 7,5 .
Die LEDs werden in 2 Gruppen a 6 zusammen geschaltet. Dazu habe ich aus kupferkaschiertem Basismaterial 12 Segmente gefertigt.
diese Segmente 3mm x 15mm (0,8mm Platinenstärke) werden nun mit Epoxidharz-Klebstoff zwischen die LEDs geklebt.
der negative Anschluß für die LEDs wird über eine 2mm Schraube mit der Trägerplatte verbunden
der positive Anschluß führt durch die Trägerplatte über einen isolierten 0,8mm Draht zum RIA Steckverbinder
am RIA Steckverbinder wird die negative Spannung über einen 0,8mm Draht (links) zwischen Metallhalterung Steckverbinder und Trägerplatte in eine Nut gelegt und durch Verschrauben der Metallhalterung festgeklemmt.
die Metallhalterung für den RIA Steckverbinder habe ich aus Aluminium Profilen und Blechmaterial angefertigt
der Ring des Mittelteiles wird so bearbeitet, das sich ein Innen und ein Außenring ergibt.
mit Wärmeleitkleber (TBS) von Elektrolube werden die beiden Ringe auf das Frontteil geklebt. Dieser Kleber härtet sehr fest aus, kann mechanisch bearbeitet werden und ist säurebeständig. Dies ist notwendig, da alle Aluminiumteile auch noch im Säurebad eloxiert werden.
nach diesen Arbeitsschritten kann die Frontplatte mit der Trägerplatte verbunden werden. Zum besseren Wärmeübergang wird Artic Silver II Wärmeleitpaste dünn zwischen den Platten aufgetragen.
Zur Befestigung des Ringlichtes am Objektiv verwende ich das Filteradapter System von Cokin. Dies beinhaltet einen Universal Plastikhalter für die Filterscheiben (rechts oben im Bild) sowie entsprechende Objektiv Adapter in verschiedenen Größen.
den Plastikhalter habe ich so modifiziert, das die Aufnahme für die Filterscheiben entfernt und diese Seite plangeschliffen wurde. Nun wird der Plastikhalter mit 4 Senkkopfschrauben 2mm mit dem Ringlicht verschraubt.
hier ist das vollständig aufgebaute Ringlicht mit eingestecktem 52mm Objektiv Adapter zu sehen
und so sieht dann das Ringlicht in Aktion aus. (Leistungsaufnahme abgeregelt ca. 3 Watt, damit sich das Ringlicht fotografieren läßt)
bei höheren Leistungsaufnahmen reicht die Kühlfläche des Ringlichtes nicht mehr aus um die erzeugte Wärmemenge dauerhaft abgeben zu können. Für den praktischen Betrieb fertige ich mir einen Schaltregler an, der aus 12 Volt ( KFZ-Batterie, Laptop Netzteil) dann die benötigte Spannung ( 20- 23,1 Volt 3 Ampere) bereitstellt. Dieser Schaltregler kann dann voreingestellte Konstantströme bereitstellen. Weiterhin wird dieser Schaltregler und die Kamera mit dem Nikon Kabelauslöser in einer Master Slave Steuerung verbunden. So kann eine relativ geringe Grundausleuchtung vorgewählt werden, beim betätigen des Auslösers wird dann während des Messvorganges und dem Belichten für einen kurzen Moment die vorgewählte höhere Lichtleistung abgerufen.
Update - Beschreibung der Ansteuer-Elektronik
Um obige Bedingungen zu erfüllen habe ich eine Schaltung entwickelt, welche aus 11,5 - 16,5 Volt die benötigte Spannung bereitstellt. Mit einen Adapterkabel kann ich direkt die 12 Volt (11,5 -13,5Volt) aus dem KFZ Bordnetz entnehmen oder 16Volt aus einem Laptop Netzteil wandeln.

Mit dem Schaltern und dem Dreh-Potentiometer sind folgende Funktionen möglich:

1. Dauerlicht mit max. Helligkeit (ca 23,1 Volt 3Ampere 70 Watt) kurzzeitig

2. Arbeitslicht ( 16,7 Volt 200mA 3,3 Watt) Dauerbetrieb möglich

3. Dauerlicht einstellbar zwischen Arbeitlicht und max. Helligkeit

4. Arbeitlicht, beim betätigen des Messkontaktes der Kamera wird auf max Helligkeit geschaltet (messen, belichten)

5. Arbeitslicht, beim betätigen des Messkontaktes der Kamera wird auf vorgewählte Helligkeit geschaltet (messen, belichten)

Die Schaltung besteht im wesentlichen aus einem 100khz 5Ampere Step-Up Schaltregler mit hochpräziser . Ausgangsspannungserzeugung. Im Ausgangszweig dienen präzise Metallschichtwiderstände der Einstellung der benötigten Spannungswerte. Weiterhin wertet eine Schaltung hochohmig die Schaltsignale der Kamera aus und schaltet die Ausgangsspannungen um.

Diese Bauelemente habe ich bis auf die Verpolschutzdiode beim Elektronik-Versender Reichelt erworben. Um die Schaltung mit der Kamera zu kontaktieren, verwende ich den Kabel-Fernauslöser Adidt M1 (China Import). Dieser bietet die Möglichkeit, mehrere Kameras zu synchronisieren. Über die im Fernauslöser angebrachte 2,5mm Klinkenbuchse können die Schaltsignale der Kamera abgegriffen und ausgewertet werden.

der Schaltregler und die Schottky Diode sind auf einem gemeinsamen Kühlblech montiert um dieses dann später von außen zugänglich befestigen zu können. Dabei ist die Schottky Diode isolierend auf einer Glimmer Scheibe angebracht. Die großen Kondensatoren sind axial gewählt um ins Gehäuse zu passen.

Über die Hohlbuchse (links hinten) wird Schaltung mit Spannung versorgt. An die RIA Buchse in der Mitte wird das Verbindungskabel zum Ringlicht angeschlossen.

Rechts hinten befindet sich die Eingangsbuchse zum Adapterkabel Adidt M1.

die Spule für den Schaltregler gibt es nicht fertig zu kaufen und muß selbst angefertigt werden. Hierüber können dann so ca. 6 Ampere fließen.

dies ist aber garnicht so schwer. Draht und Spulenmaterial gibt es auch bei erwähntem Händler.

Die Spule sollte 50uH besitzen und bei 100khz optimal arbeiten können. Hierfür eignet sich ein Eisenpulver Ringkern T80-18 mit einem AL Wert von 6,35 gut.

Die notwendige Windungszahl läßt sich aus folgender Formel errechnen:

L=AL*N2

alternativ kann man auch das Berechnungsprogramm von Elektor verwenden

Link zum Berechnungsprogramm

Das ergibt dann genau 40 Windungen CUL 100/1,12 zweilagig auf den Kern T80-18 gewickelt.

als Gehäuse habe ich ein ausgedientes Modem Gehäuse von Elsa Microlink 28,8 TQV verwendet. Dieses besteht aus Aluminium und bietet Platz für die Aufnahme von Platinen in der Größe 125mm x 100mm.

Die Leiterplatte hat die Abmaße von 100mm x 80mm und der Träger für die Bedienelemente 100mm x 45mm.

Front und Rückplatten sind eingelegte 1,5mm Aluminium Platten die in die Plastikblenden eingeclipst werden.

Zusätzlich werden dann noch Befestigungslöcher zum Anschrauben des Kühlbleches angebracht.

dies ist der Remote Cord Adidt M1 . Mit diesem können die Schaltsignale der Kamera abgenommen und über ein Adapterkabel zur Schaltung weitergeleitet werden. Der Schalter im Adidt besitzt zwei Schaltstellungen.

Halb durchgedrückt wird über den 1. Schalter der Messvorgang eingeleitet, ganz durchgedrückt wird dann über den 2. Schalter die Belichtung ausgelöst. Der 1. Schalter ist auch während der Belichtung betätigt, sodas dieser insgesamt während Messen und Belichten aktiv ist.

am 2,5mm Klinkenstecker ist das Schaltsignal bei Nichtbetätigung des Kontaktes auf High Pegel (+5Volt) am mittlerem Ring. Masse Potential ist rechts am Masseanschluß belegt. Dieses Schaltsignal wird hochohmig über 200 kOhm der Schaltung zugeführt.
so sieht das fertige Gerät aus
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