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LICHT
objekt
Anne Fabian Studiengang Innenarchitektur FH Rosenheim Matrikelnummer 805124 afabian@totux.de
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Auszug aus dem Kursbuch Im Rahmen dieses FWPFs oder auch T-FWPFs geht es um das schnelle und spontane Entwerfen eines Lichtobjektes unter Berücksichtigung der besonderen technischen Anforderungen einer LED. Fixpunkt ist ein vorgegebenes Leuchtmittel (hierfür fallen evtl. Kosten an), Verwendungszweck und Einsatzgebiet des Lichtobjektes sind jedoch frei. Das Erarbeiten ihrer individuellen Anforderungen, das Zusammenspiel von Design und technischen Gegebenheiten, erforderliche Messungen, der Bau eines Prototypen und ein Booklet, komplettieren das kompakte FWPF. Prof. Wambsganß LfbA Schmidt
Quelle Text & Bild: Kursbuch WS 2013|2014
Voraussichtliche Termine: 8.10.2013 15:30 bis 17:00 Uhr Einführung 18.10.2013 9:30 bis 17:00 Uhr 19.10.2013 9:30 bis 13:00 Uhr Block 1 (Konzept, Entwurf, Korrektur) 5.11.2013 10:30 bis 18:00 Uhr Block 2 (Korrektur und Überarbeitung) 26.11.2013 15:30 bis ??:?? Uhr Präsentation 10.12.2013 15:30 Uhr Abgabe Booklet
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LED-Spotlight-Module (SLM) Gen 3 Veröffentlicht am 4. Februar 2013 Ideal als Lichtquelle für Strahler und Downlights für Anwendungen im Einzelhandel. Mit einer Lichtausbeute von bis zu 115 lm/W sind die LED-Module ausgesprochen energieeffizient. Die innovative Chip-On-Board (COB) Technologie macht die jüngste Fortimo-Generation zu einer leistungsstarken Lichtquelle für ein sehr kompaktes Leuchtendesign. Das brillante Licht und präzise Lichtbündel eignen sich bestens für effektvolle Akzente im Verkaufsraum und für die Warenpräsentation. Die Module sind derzeit mit Lichtströmen von 2.000 und 3.000 Lumen in den Lichtfarben 830, 840 und 930 erhältlich. An-
fang 2013 wird die Palette durch eine 4.500-Lumen-Ausführung ergänzt. Das 3.000-Lumen-Modul in der Lichtfarbe 930 gibt es als R9-Ausführung zur Betonung roter Farbtöne. Die dritte Generation der Fortimo LED-SLM-Module ist vollständig abwärtskompatibel und Zhaga-konform.
zelhandel. Die kleine lichtemittierende Oberfläche (LES) des LED-Moduls hat das derzeit stärkste Lichtbündel größter Helligkeit. Es ist für die Verkaufsraumbeleuchtung eine sehr gute Alternative zu herkömmlichen Lampen. Fortimo LED-SLM Gen 3 ist für den Betrieb an Philips Xitanium-LED-Treibern konzipiert. Damit ist es ein intelligentes LED-System, das an unterschiedlichen Dimmsystemen – von Phasenabschnitts- bis hin zu DALI-Dimmern – betrieben werden kann. Ein ZwölfVolt-Ausgang ermöglicht zudem den einfachen Anschluss eines aktiven Kühlsystems. Die LED-Module und die Xitanium-Treiber sind im Handel erhältlich. L.O.
Die verbesserte Effizienz des Fortimo LED-SLM-Moduls und die zulässige Gehäusetemperatur (T case) von 75 Grad Celsius vermindern den Kühlaufwand. Das bietet unterschiedliche Möglichkeiten zur passiven Kühlung. Die Farbpunkte des LED-Lichts stimmen mit denen von Philips MASTERColour CDM Elite-Lampen im internationalen CIE-Normalfarbsystem überein – dem Bezugswert für Beleuchtung im Ein- Quelle: www.ledagentur.org
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Leuchtmittel & funktionsrelevante Bauteile
Ventilator je nach Leuchte/Luftzirkulation hier: 12V / 110m3 / 27dBA Kühlkörper je nach Leuchte/Luftzirkulation meist Aluminiumzylinder mit spezielle geformten Lamellen LED
Fortimo LED SLM2000 Gen 3 23W Leistung 2000 lm Farbwiedergabe >90% Lichtfarbe 3000 K 19mm Lichtaustrittsfläche 3. Generation
Reflektor optional, zur Bündelung des Lichtes, z.B. um Leuchtmittel als Spot einsetzen zu können Kabel spezielles Kabel mit 8 Litzen vom Treiber zur LED, 2-Adriges Kabel zur Stromversorgung Treiber hier: Philips Xitanium 25W 0,3-0,7A 36V TE/1 230V
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Idee & Funktionsprinzip Die Fortimo SLM LED hat einige Vorteile wie den geringen Energiebedarf bei relativ hoher Lichtausbeute und die Größe des Leuchtmittels. Dem Gegenüber steht, wie bei jedem Leuchtmittel ein grundsätzliches Problem: die Wärmeentwicklung. Um eine möglichst lange Lebensdauer zu erreichen darf die Temperatur 85°C nicht überschreiten. Optimal sind unter Betrieb 75°C an der Platinenunterseite (Messpunkt). Je nach Korpus der Leuchte kann dazu eine passive Kühlung mittels Kühlkörper ausreichen oder aber eine aktive Kühlung notwendig werden. Dann wird zusätzlich zum Kühlkörper ein Ventilator angebracht. Die Wärme wird somit deutlich schneller abtransportiert. Die LED hat im Polarkoordinatensys-
tem eine Runde Lichtverteilungskurve. Das Licht wird also Ballonförmig von der Lichtaustrittsfläche verteilt. Um das Leuchtmittel als Spot einzusetzen, wäre ein Reflektor notwendig. Das ginge zu Lasten der flachen Form der LED und würde in einer Leuchte entsprechend mehr Platz benötigen. Die LED hat mit ihren 3000 K ein angenehm neutrales Licht. Dieses kann für eine gemütliche Atmosphäre zu kühl wirken, für einen Arbeitsraum kann das Licht sehr angenehm und stimmig wirken. Bei Betrachtung dieser Eigenschaften hat sich bei mir sehr schnell das Bild und Funktionsprinzip eines Heißluftballon aufgedrängt: Es werden Luftmassen in einem Bal-
lon erhitzt um einen Korb samt darin befindlicher Personen in die Luft zu heben. Die Funktion des Schwebens ist für eine Leuchte nicht notwendig dennoch lassen sich die anderen Eigenschaften übertragen: Die Temperatur der Abluft wird nicht ausreichend sein, um einen darüber befestigten Ballon zu füllen, das ist jedoch mit einem starken Ventilator möglich. Die Leuchte könnte somit im ausgeschalteten Zustand auf sehr kompakte Maße reduziert werden und nur bei Nutzung ihre wahre Größe erreichen. Die Lichtfarbe kann einfach über die Ballonhaut verändert und an die nutzungspezifischen Bedürfnisse angepasst werden. Das Leuchtmittel wird optimal gekühlt, die Abluft genutzt und der Platzbedarf minimiert.
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Bauteile des Leuchtenkorpus
Für die Funktion des Ballonprinzips sind spezielle Anforderungen zu beachten. Die Öffnung zum Ansaugen der Luft muss offen liegen. Es dürfen hier keine Teile der Konstruktion darüber liegen oder andere Teile die Luftzufuhr abschliessen. Die Hülle an sich sollte möglichst Luftdicht aber auch leicht sein. Je mehr Luft entweichen kann, umso stärker muss entsprechend der Ventilator sein. Daraus ergibt sich, dass eine geschlossene Grundplatte auf passenden Füßen oder einem Gestell die Grundkonstruktion darstellt und daran ein Ballon aus Stoff befestigt wird, der sich nach oben hin frei entfalten kann. Aufgrund der Größe und der geringen Temperatur kann auf Öffnungen oder Steuerklappen, wie sie ein Heißluftballon besitzt, verzichtet werden. Leichtigkeit und Transmissionsgrad bzw. Lichtstreuung sind für die Wirkung der Leuchte entscheidend.
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Grundplatte & Gestell Die Grundplatte sollte leicht sein und ein entweichen der Luft verhindern. Ausserdem müssen Ballon und Leuchtmittel samt Ventilator daran zu befestigen sein. Holz lässt sich hier für den Prototypen am einfachsten verarbeiten. In der Werkstatt habe ich aus einer Platte eine kreisrunde Scheibe mit einem Radius von 20 cm gesägt. In der Mitte der Scheibe befindet sich ein Loch mit einem Durchmesser von 12 cm. Hier lässt sich perfekt ein Kunststoffrohr aus PVC befestigen und darin LED, Kühlkörper und Ventilator unterbringen. Rundherum ist eine Nut eingefräst, in der sich der Ballon mit einem Gummiband befestigen lässt. Die Platte steht auf drei Beinen. Diese sind in Winkel und Länge so bemessen, dass sie nicht über die Grundplatte herausragen und später mit dem Ballon ein stimmiges Bild ergeben. (70° zwischen Platte und Bein von Aussen bei einer Höhe von 34 cm, ergibt mit einer geplanten Ballonhöhe von 50-60 cm fast ein Verhältnis das im Goldenen Schnitt steht.) Das Kunststoffrohr wird einfach an der Platte verschraubt. Die Ränder zwischen Platte und Rohr werden mit Dichtpaste luftdicht verschlossen. LED und Kühlkörper werden über drei Kupferdrahtbügel gehalten. Die LED kann einige Millimeter unter der Oberfläche der Holzplatte verschwinden, ohne Schatten an der Ballonhaut zu werfen. Das Schützt sie vor Beschädigung. Der Ventilator hängt am unteren Ende des Rohres, verschraubt mit der Grundplatte. Dichtpaste verschliesst den Spalt zwischen Rohr und Ventilator. Seite 8 · T-FWPF Stegreif Lichtobjekt · FH Rosenheim · WS 2013|2014 · Anne Fabian · Matrikelnummer 805124
Ventilator Mit der LED wurde ein Standart-Kühlmodul von Sunon ausgeliefert. Das Modul umfasst einen Kühlkörper mit passendem Ventilator zur aktiven Kühlung der LED. Technische Daten des Ventilators: · Versorgungsspannung: 12V DC · Lüfterabmessungen: Ø86x52.4mm · Geräusch: 19.5dB(A) · Luftfördermenge: k.A. Um einen Ballon über dem Grundgestell mit 50 cm Durchmesser aufzublasen ist die Luftfördermenge zu gering. Mit den 19,5 dB(A) ist der Lüfter jedoch recht leise und somit sehr angenehm. Der Lüfter, der den Ballon füllen würde, sollte einen größeren Durchmesser als der Kühlkörper haben um ausreichend Luft vorbei zu pusten und zeitgleich das Entweichen von Luft nach unten zu verhindern.
Bei einem Namhaften Elektronik- und Modellbaugeschäft wurde mit dann ein Ventilator mit 120 mm Durchmesser empfohlen. Technische Daten des Ventilators: · Versorgungsspannung: 12 V DC · Lüfterabmessung: 120x120x25 mm · Geräusch: 41,5 dB(A) · Luftfördermenge: 195 m3/h Der Geräuschpegel ist deutlich zu hoch. Auch die Luftfördermenge ist zu groß bemessen. Nach Versuchen mit diversen geliehenen Ventilatoren zeigte sich, dass etwa 100 m3/h ausreichen. Ausserdem lässt sich dieser Ventilator aufgrund seiner Leistung nicht mit dem Treiber, über den die LED läuft, versorgen. Ein zweites Netzteil wäre nötig.
Der aktuelle Ventilator mit dem die Leuchte nun läuft hat ebenso die 120 mm Durchmesser die perfekt am Rohr anschliessen und läuft über den Treiber. Technische Daten des Ventilators: · Versorgungsspannung: 12 V DC · Lüfterabmessung: 120x120x38 mm · Geräusch: 27 dB(A) · Luftfördermenge: 110 m3/h Das verursachte Geräusch lässt sich mit Hintergrundmusik kaschieren, der Ballon bläst sich sehr ruhig aber vollständig auf. Im Case-Modding-Bereich gibt es Ventilatoren, die bei gleicher Fördermenge noch geringere Lautstärkepegel verursachen. Diese benötigen zur Inbetriebnahme am Treiber etwas Fachwissen aus der Elektronik und müssen um ihre LED-Beleuchtung reduziert werden.
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Stoffe & Schnittmuster An des Stoff werden diverse Anforderungen gestellt. Luftdichtigkeit, Transmissionsgrad, Fallverhalten und Leichtigkeit sind die wichtigsten Anforderungen. Auch Hitzebeständigkeit und Nichtentflammbarkeit, sollte es zu einem Defekt des Ventilators kommen, sind wichtig. Leichte, luftdichte Stoffe finden sich vorrangig im Segel- und Drachenbau. Die Entscheidung fiel nach langer Recherche und diversen Versuchen auf ein weiches Nylon-Taffeta. Mit 30gr/m2 ist es leicht und fällt im Gegensatz zu vielen anderen Segeltüchern sehr weich. Es ist optimal durchscheinend. Das Leuchtmittel ist auszumachen, blendet aber kaum und das Licht wird optimal gestreut. Um einen Ballon aus einer Bahn Stoff zu erschaffen, muss geschnitten und
verbunden werden. Es bieten sich hier sowohl diverse Schnittmuster als auch diverse Verbindungstechniken an. Kleben von Nylonstoffen ist mit speziellen Klebern möglich. Damit wären die Kanten optimal Luftdicht verbunden. Diese Klebstoffe härten aus und versteifen den Stoff damit. Nähte sind flexibler. Eine einfache Naht erhöht zwar die Luftdurchlässigkeit jedoch nicht das Gesamtgewicht des Ballons, da kaum Stoff an den Nahtkanten überstehen muss. Auch das Schnittmuster hilft, um das Gewicht so gering wie möglich zu halten. Arbeitet man mit einem Schnittmuster, mit dem auch Fußbälle produziert werden, entsteht ein wunderbar runder Ball, aber Materialaufwand und somit auch das Gewicht erhöht sich. Das gewählte Schnittmuster hat einen geringen
Material- und Nahtaufwand. Der Stoff selber ist vielen Farben erhältlich. Um ein neutrales bis warmes, angenehmes Licht zu bekommen, ist der weiße Stoff die richtige Wahl. Farbiges Nylon-Taffeta hat den selben Transmissionsgrad, verändert jedoch die Lichtfarbe. Das kann je nach Einsatz der Leuchte gewünscht sein. Mit der weißen Stoffhülle ist das Objekt auch ohne seine Funktion als Leuchte in jedem Raum als dezente Ablagefläche einsetzbar. Der Stoff ist Hitzebeständig. Über eine Flamme gehalten oder auf eine Herdplatte gelegt verhärten die erhitzen Bereiche jedoch. Bei höheren Temperaturen, z.B. unter Einfluss einer Flamme schmilzt der Stoff, fängt aber nicht an zu brennen.
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Details für Funktion & Ästhetik
Die Leuchte hat ein Textilkabel in grün mit einem Schnurzwischenschalter aus Buchenholz bekommen. Passend dazu ist der Ballon mit einer grünen Gummikordel an der Grundplatte fixiert. Diese Elemente lassen sich auf Wunsch farblich individualisieren.
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fertiges Modell
Nach Monate andauernder Tüftelei, Ärgernis an der Nähmaschine, Lieferschwierigkeiten beim Ventilatorenzulieferer, viel Lärm um nichts und vielen weiteren Erlebnissen ist ein neuartiges und liebevoll durchdachtes Lichtobjekt entstanden. SPUTNIK ist praktisch. Ausgeschalten Ablage, auf Knopfdruck sanft leuchtender Ballon. SPUTNIK ist einzigartig. Denn jedes Objekt ist speziell gefertigt. Der Ballon wird handgenäht. Gummiband und Kabel werden mit passendem Textilüberzug ausgewählt und mit einem Schalter aus Buchenholz versehen. SPUTNIK ist sparsam. Die LED-Technologie im Inneren der Konstruktion verbraucht kaum Energie. SPUTNIK leuchtet mit gerade mal 23 Watt. Und das bei einer Lebensdauer von bis zu 50.000 Stunden! Seite 12 · T-FWPF Stegreif Lichtobjekt · FH Rosenheim · WS 2013|2014 · Anne Fabian · Matrikelnummer 805124
Licht
SPUTNIK
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Licht
SPUTNIK
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