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Edel Zoomie - Jax Z1 mod mit SBT-70 high-cri und Pre-Kolli

The_Driver

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Einleitung:

Die Luminus SBT-70 hat mich schon immer fasziniert. Neben der größeren CBT-140 ist sie die einzige runde Power-LED, die es bisher gab. Was viele nicht wissen, ist, dass es sie auch als WDH-Version mit 92CRI, R9 = 85 (siehe Artikel zu CBT-90 aus gleichem Zeitraum hier) und 5700K gab. Diese wollte ich als high-cri Fan unbedingt mal in einer Lampe haben. Es erschien mir dabei logisch die LED mit einer asphärischen Linse zu kombinieren, da man so auch tatsächlich von dem runden Die profitiert.

@Kenjii hat den Umbau netterweise für mich durchgeführt.

Der Host:

Als Host sollte eine halbwegs hochwertige, fokussierbare "Zoomie" Lampe mit möglichst viel Masse und Oberfläche dienen, da die SBT-70 ziemlich viel Leistung benötigt, um halbwegs hell zu sein. Es wurde dann mangels Alternativen die Jax Z1, die es praktischerweise sogar direkt als "Host" gibt (ohne LED & Treiber, somit günstiger). Alle anderen mir bekannten Zoomie Lampen sind entweder von schlechter Qualität (vor allem die aspherischen Linsen) oder einfach zu klein (z.B. Brynite).

Die Jax zeichnet sich aus durch ihre vergleichsweise hohe Verarbeitungsqualität, der massiven Messing-Pill, der asphärischen Linse von vergleichsweise guter Qualität und mit AR-Beschichtung (!), des modularen Designs, den hervorstehenden Bezel und dadurch, dass sie für die Benutzung von 1-2 26650er Akkus gedacht ist. Die matt schwarze Anodisierung erinnert an Armytek Lampen.

Meine größten Kritikpunkte sind der deutlich zu lose sitzende Bezel und die vergleichsweise große Brennweite der Linse. Jedes mal, wenn man die Lampe in die Hand nimmt, verändert sich der Fokus leicht und auf den Lichtverlust bei voller Fokussierung gehe ich weiter unten ein.

Komplett defokussiert:



Voll fokussiert:



Die LED:



Über Umwege im BLF konnte ich ein neues Exemplar der LED ergattern. Da sie seit 2014 nicht mehr hergestellt wird, wird das in Zukunft immer schwieriger werden.

Genauere Infos zur SBT-70 gibt es, wie bereits erwähnt, hier in meinem Thread. Ihre Farbwiedergabe liegt auf dem Niveau der besten Nichia (R9080) LEDs, wenn man von ihrer leichten Cyan Schwäche absieht. Hier eine Abbildung des Spektrums der CBT-140 mit den gleichen Eigenschaften (von @partial ). Von der Größe her (7mm^2) entspricht sie knapp einer XM-L2 mit Dome. Somit ist der Spot dann auch ähnlich groß, aber eben Kreisförmig.

Die SBT-70 ist eine Hochleistungs-LED mit einem offiziellen Maximalstrom von 10,5A bei 3,7V (39W). Leider ist sie sehr ineffizent, ganz besonders die high-cri Variante. Ich konnte zum Glück ein Exemplar im besten, damals verfügbaren LA-Bin (1200-1290 Lumen @10,5A, Tj=25°C) ergattern. Das entspricht 32 Lumen/Watt bei 10,5A (ungefähr ein Drittel bis Viertel von dem, was aktuelle Cree LEDs bei hoher Leistung schaffen). Das war mit hier aber völlig egal!


Das Licht selbst ist toll, aber ungewöhnlich. Absolut kein Gelbstich, wie bei Cree LEDs, und weniger bläulich als eine Nichia 144A 5700K R9050. Der Rotanteil ist tatsächlich auffällig hoch. Hauttöne, Holz etc. werden sehr realistisch wiedergegeben. Das Cyan-Loch merke ich selbst nicht direkt, was aber auch daran liegen könnte, dass wir es hier nicht anders gewohnt sind (praktisch alle LEDs haben ein Cyan-Loch). Trotzdem ist das Licht irgendwie anders als von den sonstigen LEDs, die hier typischerweise eingesetzt werden. Beschreiben kann ich das nicht.

Zusätzlich ist zu erwähnen, dass die SBT-70 im Betrieb einfach cool aussieht! Um den runden Die herum zwei blaue, schmale Recktecke zu sehen. Diese sieht man in fokussierter Stellung natürlich sehr deutlich im Lichtbild, wenn man ebene Flächen beleuchtet. Draußen in der Natur stört es nicht. Die Lampe würde gut in den Film Tron passen.



Der Pre-Kollimator

Vielen hier ist bekannt, dass "Zoomie"-Lampen voll fokussiert ziemlich ineffizient sind. Ein Großteil des Lichts (in der Regel ca. 2/3, bei kurzer Brennweite 1/2) geht außen an der asphärischen Linse vorbei und trifft die Seitenwände der Lampe. Dementsprechend klein ist dann auch der Spot. Durch den Einsatz eines Pre-Kollimators haben wir deswegen bei dieser Lampe, wie schon bei meiner Brynite B158B, versucht, die Effizienz zu erhöhen.

Zum Einsatz kam das Modell B1940MC von Optolife. Es handelt sie um eine ar-beschichtete, sphärische Glaslinse mit 15mm Durchmesser und 15mm Brennweite. Optolife bietet viel Auswahl zu augenscheinlich sehr fairen Preise an. Die Qualität ist scheinbar besser als die von DX und co. Ich entschied mich für speziell diese LInse, da im BLF jemand mal eine Linse mit den gleichen Daten erfolgreich als Pre-Kollimator eingesetzt hat.



Ich habe auch zwei Gifs aus Bildern eines Versuchsaufbaus erstellt, welche den Effekt der Linse als Pre-Kolli (mit einer anderen LED) zeigen.

Hier sieht man, wie aus Sicht der Hauptlinse die scheinbare Größe der LED erhöht wird (deswegen wird der Spot größer):



Hier sieht man, wie sich der Abstrahlwinkel verändert, wobei dieser mit vom Abstand zwischen LED und Linse abhängt (Vinz hat mal 0,7mm empfohlen):



Durch so einen Pre-Kollimator lässt sich Lichtmenge, welche aus der Lampe raus kommt, ungefähr verdoppeln. Für eine Effizienz nahe 100% benötigt man zusätzlich eine Hauptlinse mit besonders kurzer Brennweite. Solche sind bei hoher Qualität schwer zu finden und in der Regel sehr teuer.

Der Treiber:

Aufgrund der niedrigen Vf der SBT-70 (im BLF gibt es Berichte, dass sie noch niedriger sei als im Datenblatt angegeben) entschieden wir uns für den LD-3 Lineartreiber. Er hat so ziemlich alle Eigenschaften, die mir wichtig sind: einstellbare Modianzahl, Moonlight-Modus, Tiefentladeschutz und sogar eine richtige, einstellbare Thermoregelung, wie bei Zebralight und Lupine. Wegen den kompakten Abmessungen der Lampe entschieden wir uns für die 9A Version. Bis auf die etwas fummelige Programmierung funktioniert er einwandfrei.

Der Umbau:

Kenji baute die LED und die Treiber in Rekordzeit ein und hatte eigentlich keine Probleme dabei. Die LED wurde auf eine Noctigon MT-G20 Platine gelötet, welche wiederum direkt auf die Messing Pill gelötet wurde. Der Temperatursensor wurde mit Wärmeleitkleber oben auf der LED Platine befestigt. Je näher er an der LED ist, desto genauer kann die Thermoregelung reagieren, da so wenig thermische Trägheit zu überwinden ist.















Der Einbau des Pre-Kollimators gestaltete sich etwas schwieriger. Die schwarze Blende der LED (aus Alu) wurde aufgebohrt und die Linse wurde in einen passend geschnittenen Kunststoffring gepresst, der auf die Blende geklebt wurde. Nebenbei ist es interessant, dass das Licht durch drei Glasscheiben/-Linsen mit AR-Beschichtung passiert. Die SBT-70 selbst hat oben drauf auch eine beschichtete Scheibe.





Messwerte:

Zwischendurch hat Kenji beim Bau der Lampe einige Werte gemessen. Zuerst die Lichtstärke. Sowohl ohne als auch mit Pre-Kollimator schafft die Lampe 85kcd (5-7m Messentfernung). Das ist gar nicht mal so wenig für eine recht große, ineffiziente high-cri LED. Dass der Wert bei beiden Konfigurationen gleich ist, zeigt, dass der Pre-Kolli gut passt.

Nun zum Gesamtlichtstrom. Die Lampe wurde jeweils mit Kenjis Zebralight SC52w (500 Lumen) mittels Ceiling Bounce verglichen.
Ohne Pre-Kolli und defokussiert direkt nach dem Einschalten: 1109lm, nach 30s noch 1080lm
Mit Pre-Kolli und defokussiert direkt nach dem Einschalten: 1430lm, nach 30s 1375lm
Mir Pre-Kolli und fokussiert nach 30s: 784lm

Also konnten durch den Pre-Kolli hier immerhin 30% raus geholt werden.

Fotos:

Hier der fokussierte Spot an der Wand, einmal ohne und einmal mit Pre-Kolli:



Hier ohne Pre-Kolli neben Kenjis umgebauter Solarforce S1100 (75mm Linse, kein Pre-Kolli):


Kenjis Solarforce hat eine normale, kalt-weiße (WCS) SBT-70, welche allerdings für eine SBT-70 eine besonders angenehme Lichtfarbe hat. Trotzdem sieht man noch einen gewissen Unterschied.

Hier das Gleiche, aber jetzt mit Pre-Kolli:


Hier der ziemlich breite Lichtstrahl (mit Pre-Kolli) im Flur:


Hier ein Beamshot-Vergleich, wo die Lampe mit dabei war.

Probleme:

1. Der Kleber, welcher den Kunststoffring des Pre-Kollis auf dem Alu-Ring über der LED befestigen soll, hält leider nicht die abgestrahlte Wärme der LED aus. Hochtemperaturfester Sekundenkleber konnte da bis jetzt auch keine Abhilfe schaffen, was unter anderem auch an dem speziellen Kunststoff, aus dem der Ring besteht, liegen könnte.

2. Der recht große Pre-Kollimator hat leider den Nebeneffekt, dass die Lampe im defokussierten Zustand ein sehr auffälliges, großes Donut-Hole im Lichtbild hat. Ich habe die Theorie, dass diese Donut-Hole größer wird, wenn der Pre-Kollimator in Relation zur LED kleiner wird. Wenn er klein genug ist, besteht das Lichtbild quasi nur noch aus dem Donut-Hole, wie bei meiner Brynite, und es fällt nicht mehr so stark auf.



Fazit:

Eine völlig sinnlose, aber richtig coole Lampe! So soll es sein. :thumbsup:
 
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Xandre

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8 März 2011
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Genial :)

Die SBT 70 ist eine alte,aber klasse Led.
Besonders mag ich das Lichtbild der abgebildeten Led.

Gruß Xandre
 
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22 März 2012
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Ich habe übrigens die Vermutung, dass Luminus dem Phosphor roten und grünen Phosphor zusetzt, um dieses Spektrum zu erzielen. Auf dem folgenden Bild sieht man grüne und rote "Flecken" auf dem Phosphor:
 
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Danke für die netten Worte.

Ich habe noch mal das Spektrum der LED im Datenblatt angeschaut. Es gibt gar kein richtiges Cyan-Loch. Der Anteil ist sogar höher als bei einer Nichia 219C 5700K R9050.
 

The_Driver

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Da es für die Lichtstärke entscheidend ist, hier noch der Hinweis, dass der effektive Durchmesser der Hauptlinse 41mm beträgt.
 

Kenjii

Flashaholic**
21 Mai 2012
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Hallo,

ich habe den gleichen Precolli in der Zwischenzeit in meine Solarforce S1100 verbaut und er hält ;) Auf zwei Treffen hatte ich die Lampe bisher schon dabei. Ergebnis ist das gleiche, wie bei der Z1. Der Spot ist nun monströs gross bei identischer Intensität, bei mir ca. 240 Klux. Mittlerweile ist das eine meiner Lieblingslampen.

Grüsse

Kenjii



 
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Ich habe mal die Vorwärtsspannung der LED im Betrieb gemessen. Der Akku hatte 3,9V Leerlaufspannung und der LD3 (linear) Treiber ist auf 9A und Mode 5 (2.5% - 20% - 100%) + Moonlight eingestellt.

Moon: 2,480V - 11mA - 0,027W
Low: 2,642V - 223mA - 0,589W
Mid: 2,889V 1,746A - 5,044W
High: 3,226V - 9A - 29,034W (Strom nicht gemessen)

Die Spannung bei 9A ist beeindruckend niedrig, wenn man den Wert mal mit den Angaben im Datenblatt (~3,65V) vergleicht. Nur an der Temperatur kann es nicht liegen. Selbst bei 120°C sinkt die Vf nur um 0,22V. Dadurch ist die Lampe annäherend perfekt geregelt, sprich mein Akku (iJoy 4,2Ah) wird fast vollständig entladen (3,8Ah von 4,1Ah) bevor sie dunkler wird. Das klappt natürlich nur bei sehr guter Kühlung mit ausgeschalteter thermischer Regelung und nur mit sehr guten, ungeschützten Hochstromakkus. Nur wenige 26650er schaffen das tatsächlich.

Die durchschnittliche, überschüssige Spannung des Akkus, welche durch den Linearregler verheizt wird, beträgt bei 9A 0,375V, sprich 3,375W. Der Regler hat somit in der 9A Stufe eine durchschnittliche Effizienz von 89,6% und muss sich somit nicht vor Schaltreglern verstecken, vor allem, wenn man bedenkt, dass er viel kleiner, günstiger und Funktionsreicher ist.

Auch habe ich Messwerte bzgl. der Transmission der aspherischen Linse gefunden. Laut dieser Messung (durch Jaxman beauftragt) hat die Linse eine Transmission von ca. 98%.

Somit lassen sich die Leuchtdichte und Helligkeit der LED ausrechnen.

Leuchtdichte:
Fläche von Linse: 1320mm^2 (Kenji hatte mal einen optisch wirksamen Durchmesser von 41mm ermittelt)
Leuchtdichte: 85kcd / (0,98 * 1320mm2) = 65,7cdmm^2

LED Lumen: ca. 1498lm (basierend auf ceiling bounce Messung und angenommenen 98% Transmission von Pre-Kollimator)

Diesen Wert kann ich mir nicht erklären. Er ist viel zu hoch für den LA-Bin (laut Datenblatt bei 9A und 25°C: 1080-1161lm). Wenn man aber ausgehend von der Leuchtdichte die Lumen ausrechnet, kommt man auf: 65,7cd/mm^2 * 7mm^2 * pi = 1445lm. ?(
 
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The_Driver

Flashaholic***
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Ich habe mal die thermische Regelung des LD3 Treibers untersucht. Grob betrachtet scheint sie schon gut zu funktionieren. Die Temperatur hatte ich vorher so eingestellt, dass ich die Lampe so gerade noch ohne Schmerzen festhalten. Das müssten ca. 50°C sein.



Irgendwann habe ich den Test abgebrochen, da es nichts interessantes mehr zu sehen gab. Die Helligkeit geht massiv zurück (das fängt schon nach 1min an), was natürlich an der sehr großen Wärmemenge (sehr ineffiziente LED bei 30W) und dem recht kleinen Host liegt. Interessant ist, dass die Helligkeit danach die ganze Zeit leicht ansteigt. Das liegt daran, dass der Linearregler mit fallender Akkuspannung immer effizienter wird.

Die LED läuft also ausgehend von 1498 LED Lumen beim Einschalten dauerhaft mit traurigen 300lm. :sprachlos:

Interessant ist nebenbei auch die echte Effizienz der Lampe. Voll fokussiert und ohne Pre-Kolli kommen ca. 370 Lumen vorne raus. Das ergibt eine Gesamteffizienz von 16,7lm/W. :pfeifen:
 
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Ich habe mal die Vorwärtsspannung der LED im Betrieb gemessen. Der Akku hatte 3,9V Leerlaufspannung und der LD3 (linear) Treiber ist auf 9A und Mode 5 (2.5% - 20% - 100%) + Moonlight eingestellt.

Moon: 2,480V - 11mA - 0,027W
Low: 2,642V - 223mA - 0,589W
Mid: 2,889V 1,746A - 5,044W
High: 3,226V - 9A - 29,034W (Strom nicht gemessen)

Was ich noch nicht versucht zu berechnen habe, ist die Temperatur der LED. Für diesen Thread im BLF habe ich mich letztens noch mal mit der SBT-70 beschäftigt. Dort habe ich mal versucht den realen (nicht den elektrischen) Wärmewiderstand der LED inkl. einer optimal Lötzinnschicht auszurechnen. Ergebnis waren 0,9°C/W. Jetzt fehlen noch der Wärmewiderstand der Noctigon Kupferplatine und der der Lötzinnschicht zwischen der Platine und der Messingpill. Die Pill selbst und auch das Alugehäuse lasse ich außen vor, da sie sehr massiv sind und viel Oberfläche haben.

Sinkpad gibt beim XHP70 Kupferstar 385W/m*K an. Wir brauchen aber den tatsächlichen Wärmewiderstand in °C/W. Bei Sinkpad wird angegeben, dass deren Stars 1,65mm dick seien. Ich mache daraus mal 1,6mm, da ja oben drauf noch die isolierende Schicht ist. Die Fläche eines klassischen 20mm Stars beträgt dieser Zeichnung nach zur urteilen ca. 282mm^2 (die sechs Halbkreise habe ich abgezogen).

Folglich beträgt der Wärmewiderstand eines solchen 20mm Kupfer DTP Stars: 1,600μm / (385W/m*K * 282mm^2) = 0,0147°C/W

Die Lötzinnschicht zwischen der Platine und der Messingpill hat natürlich genau die 282mm^2 Fläche der Platine und ich gehe davon aus, dass sie eine optimale Dicke von 75μm hat (diesen Wert benutzt Cree im Dokument zum Thema Wärmeableitung). Wir gehen davon aus, dass sehr gutes Lötzinn mit einee Wärmeleitfähigkeit von 58 (W/m°C) genutzt wurde (so auch bei der LED). Somit hat dieser Übergang einen vernachlässigbaren Wärmewiderstand von 0,0046°C/W.

Der Gesamtwärmewiderstand von der LED zur Pill ergibt sich durch Addition der Teilwiderstände: 0,9°C/W + 0,0147°CW + 0,0046°C/W = 0,92°C/W

Es folgt die Temperatur der LED in den verschiedenen Stufen bei 0°C, 25°C und 50°C Lampenkörpertemperatur:
Moon (0,027W): 0,02°C - 25°C - 50°C
Low (0,589W): 0,42°C - 25,04°C - 50°C
Mid (5,044W): 3,7°C - 28,7°C - 53,7°C
High (29,034W): 21,4°C - 46,4°C - 71,4°C

(Beispielrechnung: (0,027W * 0,8 * 0,92°C/W) + 0°C = 0,02°C)

Die Rechnung ist natürlich noch nicht "perfekt". Ich bin bei allen Stufen von einer Effizienz von 80% ausgegangen. In echt wird sie in den niedrigsten Stufen höher und in der Höchsten niedriger sein. Man kann aber auch so schon gut erkennen, dass hier nur die höchste Stufe überhaupt interessant ist. Selbst da wird die LED nicht richtig heiß (sie ist zugelassen bis 150°C).
 
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The_Driver

Flashaholic***
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Jetzt ist der Pre-Kolli endlich wieder drin. Ich habe mal Vergleichsfotos mit meiner umgebauten Brinyte als Referenz gemacht. Bitte ignoriert die Lichtfarben. In der Praxis ist der Unterschied sehr deutlich! Neben dem größeren Spot wirkt die Lampe,wenn sie halb defokussiert ist, z.B. auch deutlich heller. Den dunkleren Bereich in der Mitte nehme ich kaum war, da der Helligkeitsunterschied gar nicht so groß ist.

Ohne Pre-Kolli:

Mit Pre-Kolli:
 
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The_Driver

Flashaholic***
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Hier noch ein Beamshotsvergleich. Die Fotos wurden mit identischen Einstellungen, aber an unterschiedlichen Tagen aufgenommen. Beim Bild ohne Pre-Kolli war es sehr nebelig. Der Lichtstrahl ist in der Luft sonst dunkler.

 
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