Rakenna Huipputehokas led-valaisin Jukka hietala

Transkriptio

1 Rakenna Huipputehokas led-valaisin Jukka hietala Uusimman sukupolven ledit antavat huomattavan määrä valoa pienellä virrankulutuksella. Niiden kestävyys, keveys ja pieni koko ovat vertaansa vailla. Ledistä onkin tullut todellinen haastaja perinteiselle hehkulampulle. Akkutekniikassa kehitystä on tapahtunut jo aiemmin ja tämän päivän nikkelimetallihybridiakkujen kapasiteetti on yli viisinkertainen verrattuna vanhoihin nikkelikadmiumakkuihin. Kun nämä lyödään yhteen, saadaan todella tehokas led-valaisin valaisemaan pimeimpiäkin syysiltoja. L edi eroaa toiminnaltaan huomattavasti hehkulampusta ja periaatteessa sen käyttäminen vaatii lisäelektroniikkaa. Kuitenkin on mahdollista toteuttaa ledvalaisin ilman lisäkomponentteja. Tässä rakennetaan led-valaisin, joka on tarkoitettu jokaisen liikuntaa harrastavan rakennettavaksi. Hieman sorminäppäryyttä tarvitaan, mutta kovin vaikeaa kokoonpano ei ole. Pikaliimaa, piitahnaa, jäähdytyselementti ja neljä kolmen watin lediä muodostavat valonlähteen sydämen. Jukka Hietala Rakenna huipputehokas led-valaisin v

2 Ledien jäähdyttämiseen tarvitaan jäähdytyselementti esimerkiksi vanhan tietokoneen prosessorin päältä sekä muutama tippa piitahnaa ja pikaliimaa. Jäähdytyselementin on oltava anodisoitu, jottei se johda sähköä. Anodisoinnin tunnistaa mustasta väristä. Anodi Kolmen watin led päältä ja alta Ledissä on kaksi napaa: anodi johon kytketään positiivinen jännite ( plussa ) ja katodi johon kytketään maa ( miinus ). Jos virta kytketään toisinpäin, led ei toimi. Anodi on merkitty pienellä nelikulmaisella reiällä. Virta kulkee anodilta katodille päin. Kokoonpano Kokoonpano aloitetaan taivuttamalla ledien jalat suoriksi. Tämä tehdään pienillä kärkipihdeillä varoen koskemasta ledin linssiin. Ledit sovitetaan jäähdytyselementin tasaisen sivun keskelle mahdollisimman lähelle toisiaan. Jos valaisimessa on tarkoitus käyttää linssejä, on ledien välin oltava vähintään 16 mm mitattuna ledien keskipisteistä. Oikeassa asennossa anodit ja katodit osoittavat samaan suuntaan niin, että keskellä jalat menevät limittäin. Kun sopiva paikka on löytynyt, laitetaan yksitellen jokaisen ledin pohjaan pienen pieni tippa piitahnaa parantamaan lämmön siirtymistä ja led painetaan takaisin paikalleen. Tämän jälkeen ledit juotetaan kiinni jäähdytyselementtiin muutamalla tipalla pikaliimaa. Pikaliimaa annostellaan ohuella kärjellä ledin sivulta ja samalla lediä painetaan varovasti jäähdytyselementtiä vasten. Kapillaariilmiö vetää pikaliiman ledin reunan alle ja led kiinnittyy jäähdytyselementtiin. Lediä on syytä painaa vielä muutama sekunti tämän jälkeen ja pikaliiman kuivumista voi nopeuttaa hönkäisemällä siihen muutaman kerran. Aktivaattoria eli pikaliiman kuivumista nopeuttavaa aerosolia ei saa käyttää, koska ledien linssien pitää säilyä puhtaana. Ledien elinikä on kymmeniätuhansia tunteja, joten niitä ei tarvitse vaihtaa. Pikaliiman kuivuttua porataan ledien lähelle kaksi halkaisijaltaan noin 3 millimetrin reikää johtoja varten. Tässä on varottava ledejä ja porausjäte pitää puhaltaa huolellisesti pois. Toki reiät voi porata ennen ledien liimausta, jos niiden paikat on selvillä. Johdot pujotetaan rei istä ja niiden päät juotetaan juottokolvilla ledeihin. Sopiva johdon poikkipinta-alan on 0,75 mm 2 (AWG18) ja pituutta sen verran, että se ylettyy akulle. Myös 2- napainen kaapeli käy. Ledien limittäin olevat jalat juotetaan toisiinsa. Jos ei itse omista juottokolvia, juottokolvin omistava kaveri suoriutuu tehtävästä parissa minuutissa. 6 x 1,2 V NiMH + - Ledien kytkentä Ledit on kytketty sarjaan pareittain ja nämä sarjakytkennät ovat rinnakkain. Sähkö tulee akusta liittimen läpi ledeille. Linssejä käytettäessä johdot on juotettava ledin jalkojen suuntaisesti eikä juotos saa olla korkea. Ledien oikea asento jäähdytyselementin päällä Jukka Hietala Rakenna huipputehokas led-valaisin v

3 kapasiteetti huomattavasti suurempi ja paino kohtuullinen. Akkukennoja tarvitaan kuusi kappaletta ja niiden on oltava samanlaisia. Luotettavimpia merkkejä ovat Energizer, GB, Panasonic ja Sanyo. Akkukennoja ja tarvittavia latureita saa marketeista. Maksimikapasiteetti saavutetaan muutaman käyttökerran jälkeen ja kennot säilytetään ladattuina. Ledit ja johdot on juotettu. GB:n ja Energizerin AA-kenno Akkukennoja ei tarvitse juottaa mihinkään, kun käytetään kuudelle AA-kokoiselle paristolle tarkoitettua paristopidintä. Näin kennoja voidaan käyttää tarvittaessa muuhunkin tarkoitukseen ja ladata tavallisella laturilla. Linssiversiossa ledit sijoitetaan vähintään 16 millimetrin rasterilla ja johdot juotetaan jalkojen suuntaisesti. Akku Led-valaisimeen otetaan sähkö ladattavista akuista. Sopiva akkutyyppi on AA-kokoinen ( sormipatteri ) 1,2 voltin ladattava nikkelimetallihybridikenno (NiMH). Tämän kokoluokan parhaiden kennojen kapasiteetti on mah (milliampeerituntia) ja niillä saadaan tunnin toiminta-aika. Tämänkin jälkeen valoa riittää vielä tunnin ajan sen verran, ettei heti tarvitse palata kotiin. Jos tämä ei riitä, löytyy suurempiakin ja painavampia kennoja: C-kokoisten kapasiteetti on n mah ja D-kokoisten jo mah. mahlukema ilmaisee kuinka paljon valmistaja lupaa kennoon mahtuvan sähköä. Yksi vaihtoehto erilliskennoille on käyttää valmista RC-auton 7,2 voltin NimH-akkua ja sille tarkoitettua laturia. Hinta on kalliimpi, mutta Erimuotoisia paristopitimiä Käyttömukavuuden vuoksi akkupaketti kytketään led-valaisimeen liittimellä, joka asennetaan johtoihin. Akkupaketin johtoihin tulee naaraspinnit (putkimainen) ja led-valaisimeen urospinnit (piikki). Vastaavasti näihin asennetaan uros- ja naarasliitinrunko. Valaisimen liitin (naaras) Urospinnit Akkuliitin (uros) Naaraspinnit Liittimet Jukka Hietala Rakenna huipputehokas led-valaisin v

4 eivät ledit ole irronneet liimauksesta. Älä koskaan kokeile led-valaisinta muilla virtalähteillä, jos et tarkasti tunne ledin toimintaa. Akkukennojen paikalla pysyminen voidaan varmistaa kietaisemalla akkupaketin ympärille kuminauha tai teippiä. Ledit suojaan umpiolla tai linsseillä Johdon päätä kuoritaan n. 3 mm ja pinni puristetaan. Vaikka pinnien puristamiseen tarvitaan erikoispihdit, onnistuu tyydyttävä liitos myös kärkipihdeillä. Liitosta voi vielä parantaa juottamalla. Pinnien asentamisen jälkeen kokeillaan vetämällä, että pinnit pysyvät johdoissa kiinni. Liitinrungot kytketään toisiinsa kiinni ja niihin työnnetään pinnit niin, että plussa ja miinus menevät oikein ledvalaisimeen. Kun pinni on työnnetty tarpeeksi syvälle, se lukittuu kiinni liitinrunkoon. Akun johdot juotetaan paristopitimen koskettimiin. Juottamisen aikana paristopitimessä ei saa olla kennoja. Koskettimet voi suojata teipillä, jos ne voivat joutua kosketukseen metallin kanssa. Talvella akku suojataan pakkaselta käärimällä se lämpöä eristävään materiaaliin. Ledin suuntakuvio on laaja ja melko suuri osa valosta säteilee sivulle. Lisäksi ledit tarvitsevat suojaa kosketukselta ja lialta. Tätä varten tarvitaan pieni muoviumpio, joka voidaan ottaa esimerkiksi taskulampusta. Esimerkkiumpio on halkaisijaltaan 110 mm ja peräisin uudesta parin euron valaisimesta joka löytyi kirpputorilta. Tarvittaessa umpiota sahataan auki sen verran, että ledit mahtuvat sen sisälle ja sahausjälki viimeistellään hiomapaperilla. Tämä umpio sahattiin ns. japanilaisella sahalla. Tässä johdot on juotettu neppariliittimeen ja johtojen päissä on urosliitinrunko. Kun ladatut akkukennot laitetaan paristopitimeen ja liittimet yhdistetään, pitäisi ledien syttyä. Jos näin ei tapahdu, tarkasta ledien asento, kytkentä ja napaisuus. Ledien annetaan palaa niin kauan, että jäähdytyselementti selvästi lämpenee. Tässä vaiheessa pikaliimasta haihtuu viimeisetkin kaasut eivätkä ne aiheuta jatkossa ongelmia. Ledejä ei kannata tuijottaa, koska niistä lähtee huomattava määrä valoa. Testin jälkeen kokeillaan vielä, ett- Umpio on helpointa kiinnittää jäähdytyselementtiin liimaamalla. Suositeltavaa on käyttää polyuretaaniliimaa, koska se pysyy tiukasti kiinni muovissa ja metallissa sekä kestää lämpöä ja suolavettä. Pikaliimaa ei kannata käyttää, koska siitä haihtuvat kaasut tuhoavat umpion heijastimen. Ennen liimausta liimattavat pinnat puhdistetaan isopropanolilla tai tärpätillä ja pintojen yhdistämisen jälkeen led-valaisimen päälle laitetaan esim. kirja painoksi. Polyuretaaniliiman täydellinen kuivuminen huoneen lämpötilassa kestää vuorokauden. Kuivumista voi nopeuttaa pitämällä valaisinta päällä, jolloin jäähdytyselementti ja siinä oleva liima lämpenevät. Jukka Hietala Rakenna huipputehokas led-valaisin v

5 akkupaketti ja suuntaamalla valo esimerkiksi seinään. Linssejä liikuttamalla näkee kuinka suuntakuvio muuttuu. Älä kuitenkaan katso suoraan ledeihin, sillä valokeila on niin kirkas, että silmien toipumiseen menee useita minuutteja. Linssi asennetaan suoraan ledin päälle ja liimataan polyuretaaniliimalla kiinni jäähdytyselementtiin. Liimauksen ja liiman kuivumisen ajaksi kannattaa poistaa umpion linssi, jos se on mahdollista. Umpio, sahauskohta ja ledien sijainti vaikuttavat lopputuloksena saatavaan keilaan. Todennäköisesti umpiolla toteutetun valaisimen keila on leveä, mikä lyhentää sen pituutta. Valaisimen kokoa voidaan pienentää käyttämällä umpion sijasta pieniä muovilinssejä. Valokeilan leveys riippuu käytettävästä linssistä ja näitä on saatavilla erilaisia. Hyvä valinta maantieajoon on kapean keilan antava linssi. Käytännössä valoa riittää myös lähelle sen verran, että sillä pärjää myös maastossa. Valmis led-valaisin voidaan kiinnittää esimerkiksi pyöräilykypärään kuminauhalla, nippusiteellä tai Velcro-nauhalla. Naarmuuntumisen estämiseksi väliin voi laittaa palan vaahtomuovia. Johdot viedään kypärän sisällä niskaan. Tämä on paras paikka valaisimelle liikuttaessa maastossa. Maantiellä valaisimen on oltava kiinnitettynä pyörään 0,30 1,30 metrin korkeudelle tiestä. Kiinnikkeen voi ottaa vanhasta polkupyörän valaisimesta tai tehdä itse esimerkiksi alumiinista ja muutamasta ruuvista. Valmis led-valaisin kiinnikkeellä. Tässä on linssit. Ledit, linssit ja jäähdytyselementti. Komponenttilistassa mainittava linssityyppi antaa 10 asteen pääkeilan ja leveän sivukeilan. Näiden väliin jää suuntakuvion nollakohta joka erottuu valokeilassa tummana ympyränä pääkeilan ympärillä. Maantiellä tästä ei ole haittaa, koska katse on pääasiassa pääkeilan suuntainen. Ennen linssien liimaamista on tarkastettava niiden sopivuus ledien päälle. Tarvittaessa ledille tarkoitettua koloa on avarrettava askarteluveitsellä tai pienoisporakoneella, koska linssin on mentävä jäähdytyselementtiin asti kiinni. Työstöstä syntyvät lastut puhalletaan pois linssin sisältä ja valokeila tarkastetaan kytkemällä valaisimeen Akkupaketti laitetaan taskuun, selkäreppuun, vyölaukkuun, juomapullovyöhön, pullotelineeseen tai vaikka muovipussiin pyörän tarakalle. Nyt pyöräilykausi jatkuu ympäri vuoden 800 lumenin voimalla! Jukka Hietala Rakenna huipputehokas led-valaisin v

6 Ledin toiminta ja saatavuus Tässä esimerkissä käytetään Edison Opto Corporationin 3 watin lediä. Sen valo on sävyltään lämmin valkoinen, säteilykuvio on lambertian ja ledin kotelon tyyppi emitter. Värintoisto on hyvä, kuten valokuvista ilmenee. Valmis led-valaisin pyöräilykypärään asennettuna Komponentti Toimittaja Tuotenumero Hinta Ledit 4 kpl Partco Oy EDEW-KLC8 4 x 8,28 = 33,12 Jäähdytyselementti Elfa ,50 Piitaha Partco Oy PIIRASVA 5g 1,71 Liittimet + Partco Oy AMP MM 2 U+N 1,46 pinnit Umpio tai linssit - Partco Oy Otetaan taskulampusta ED LINSSI 10 esim. 2,50 tai 4x2,20= 8,80 PUR-liima Tarjoustalo Bison Bisonite 8,90 Paristopidin Partco Oy PARPID 6 x AA N 0,84 Akkukennot 4 Partco Oy PB H500 45,51 kpl + laturi Akkukennot 2 kpl Partco Oy Z-AA 2700 NM 2 x 4,76 = 9,52 Lisäksi tarvitaan johtoa ja työkaluja. UmpioversioYhteensä (alv 22%) 112,10 Linssiversio Yhteensä (alv 22%) 118,40 Jännitteen suuruus vaikuttaa huomattavasti ledin virtaan ja sitä kautta valon määrään. Jännitteen pieni nousu voi kasvattaa ledin läpi kulkevaa virtaa ja sitä kautta ledissä syntyvää lämpötehoa huomattavasti. Kuudella 1,2 voltin mah:n AA-kokoisella NimHkennolla yhden EDEW- KLC8-ledin virta pysyy valaisimessa välillä 0,65 0,96 A ensimmäisen käyttötunnin aikana. Tämän jälkeen virta tippuu noin parissakymmenessä minuutissa arvoon 0,05 A. Kahden tunnin käytön jälkeen virta on enää n. 0,03 A. Valaisimen ottama kokonaisvirta on näihin arvoihin nähden kaksinkertainen. AA-kokoisen paristopitimen käytännön virrankesto on n. 3 A johtuen sen teräsjousista. Tyypilliset arvot EDEW-KLC8-ledille: Jännite / V Virta / A Valoteho / lm 3,3 0, ,5 0, ,7 1,0 210 Lähde: Edison Opto Corporation, 2007 Short Form. ELFA Elektroniikka Oy (tuotenro ) Farnell ( ) Partco Oy (EDEW-KLC8) Perel Oy (EDEW-KLC8) Näistä ainakin Partco Oy myy myös yksityishenkilölle. PC-Net Oy:stä Nurmijärveltä voi kysyä purettavista tietokoneista lajiteltuja jäähdytyselementtejä. Umpiolla varustetun led-valaisimen valokeila n. 40 metrin päässä olevaan metsään. Kuvaushetkellä maa oli osittain luminen. Jukka Hietala Rakenna huipputehokas led-valaisin v

7 Linssiversion valokeila pyöräilijän näkökulmasta. Sää oli kuvaushetkellä hieman utuinen ja tihkusateinen. Etäisyys pääkeilan keskellä näkyviin puihin on 180 metriä! Umpiolla varustettu led-valaisin terassin kaiteella. Valokeila on leveämpi, mutta lyhyempi kuin linsseillä. Jukka Hietala Rakenna huipputehokas led-valaisin v