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Herstellung der LED-Streifen

Man muss auch wissen wie solche LED-STREIFEN hergestellt werden, der Irrglaube, dass die Streifen auf einem Endlosband bestückt werden und je nach Bedarf abgeschnitten werden ist falsch. Die Streifen werden in der Länge 500mm in eine Bestückungsmaschine gespannt und mit den LEDs bestückt. Die Anzahl der LEDs hängt davon ab wie viele LEDs pro Meter gebraucht werden. Es gibt Streifen mit 30/60/144 LEDs pro Meter. Danach werden die 500mm Streifen an den Enden auf die erforderliche Länge zusammengelötet.

Umsetzung der SMD5050 Klammer

Wie immer suche ich zuerst alle verfügbaren LED-Strefen aus meinem Sammelsurium die eine SMD5050 beinhalten. Wichtig war es alle Varianten der unterschiedlichen Hersteller zu haben. So kann man den bestmöglichen Mittelweg finden, um die Funktion (also das Klemmen) auf möglichst vielen Varianten anzuwenden.

Die Idee war es den Streifen nicht an der Rückseite zu verkleben, sondern die LED an den Außenflächen zu klammern. Im Bild 1.0 werden einige der Zahlreichen Varianten für SMD5050 dargestellt

• 1.0.1 WS2812B Streifen mit 30 LED pro Meter
• 1.0.2 WS2812B Streifen mit 60LED pro Meter
• 1.0.3 WS2812B Streifen mit 144 LED pro Meter
• 1.0.4 Sk6812 Streifen mit gleichen Unterteilungen wie oben
• 1.0.5 Kalt Weiß Streifen mit 60 LED pro Meter

Der nächste Schritt besteht darin die Außenmasse der SMD5050 auszumessen und zu vergleichen. Wie der Name SMD5050 schon beinhaltet stehen die Zahlen 5050 für die Masse 5mm an den Außenlinien (5050 ist gleich 5mm lang und 5mm breit). Zu meinem Erstaunen bewegen sich die SMDs nur im hundertstel Millimeter. Das heißt die Abweichungen sind marginal (2.0.1, 2.0.2) und für die Konstruktion zu vernachlässigen.

Anders sieht es bei der Höhe der LEDs aus, dort sind die Unterschiede etwas markanter (2.0.3, 2.0.4 und 2.0.5). Aber der größte Unterschied liegt bei den Lötungen mit mehr oder weniger Lötzinn. Die Unterschiede sind nun bekannt und können in der Konstruktion berücksichtigt werden.

Die meisten Probleme bereiten die Lötstellen und außenstehenden Widerstände. Die Lötstellen sind oft sehr unterschiedlich, manchmal etwas dicker und zuweilen ragen sie über die Seitenkante hinaus. Auch die Widerstände sind je nach Streifen an unterschiedlichen Stellen platziert.

Zuerst zeichne ich die Halteklammer (3.0.1) an der die LED später befestigt wird. Als nächstes gestalte ich den Halterahmen für die SMD5050, der später für die Klemmung der LED sorgt (3.0.2). Bei Bild 3.0.3 füge ich sogenannte Aussparungen hinzu. Diese Vertiefungen im Rahmen habe ich bei den verschiedenen LED-Streifen gemessen.

Nach diesen drei Hauptschritten drucke ich den ersten Prototyp mit meinem Lieblingsmaterial und favorisierten Drucker. Nach den ersten Versuchen die LED zu klammern war ich sehr zuversichtlich, dass es am Ende funktioniert. Natürlich muss man beim herausnehmen des Materials auch die Stabilität der Klammer im Auge behalten.

Die Entwicklung basiert auf meinen bisherigen Erfahrungen. Es ist ein Spagat zwischen Haltekraft, Stabilität und der Druckbarkeit. Die Anzahl der gedruckten Prototypen in diesem Fall fünfzehn Stück, sagt nur bedingt über die entstandene Arbeit aus. Fünfzehn Versuche ist eher wenig. Ich hatte Glück mit dem Grundkonzept und dass die Idee die Richtige war.

Im Bild 3.0.4 und 3.0.5 seht ihr noch die Veränderungen zu 3.0.3 in den Maßen und Formen wie z.B. das Anbringen von Fasen.

Herstellen der Klammer im 3D Drucker

Die CAD Entwicklung ist nun abgeschlossen. Als nächstes ist der Durckvorgang an der Reihe. Es müssen einige Faktoren berücksichtigt werden wie z.B. das richtige kalibrieren des 3D Druckers. Wenn man ein Gehäuse mit einem Deckel auf einem schlecht kalibrierten oder nicht kalibrierten 3D Drucker mit denselben Einstellungen und Material druckt, passt es immer zusammen. Es stimmen die Masse nicht aber die Bezüge von Gehäuse und Deckel sind gleich und darum passt es trotzdem.

Anders sieht es aus, wenn ein extern produziertes Bauteil wie die SMD5050 ins Spiel kommt. Dann muss die Masse in einem bestimmten Toleranzfeld übereinstimmen. Wenn man seinen 3D Drucker nicht kalibrieren will, kann man die Maße über den Slicer anpassen. Jeder Slicer bietet eine sogenannte Skalier Funktion. Der nächste Faktor hängt mit der Größe der Klammer zusammen, da die Klammer sehr klein ist muss die Düsenkühlung auf 100% eingestellt sein. Düsenkühlung ist eigentlich der falsche Begriff, da nicht die Düse, sondern das austretende Filament gekühlt werden soll. Bei kleinen Bauteilen kommt die heiße Düse schneller wieder am Werkstück vorbei, sodass dieses nicht richtig abkühlen kann. Dadurch verläuft das Filament und kann die gewünschte Form nicht halten.

Nicht zu unterschätzen ist auch die Druckrichtung. Bei unseren Klammern sollte die Druckrichtung seitlich stattfinden, also liegend gedruckt (4.0.1). Es schadet auch nicht einen BRIM vom Slicer generieren zu lassen (4.0.2).

Montage der SMD5050 Klammer

Für die Montage der Klammer ist es ratsam die einzelne LED oder den Streifen auf eine ebene Oberfläche zu legen und danach die Klammer von oben aufzudrücken. Die LEDs sind sehr stabil und können einiges aushalten. Wer Zweifel an der Haltekraft der Verbindung hat kann natürlich noch etwas Kleber hinzufügen. Man muss auch nicht jede LED am Streifen klemmen, es reicht völlig aus jede dritte oder vierte LED zu klemmen.

Ich habe unterschiedliche Varianten von Klammern konstruiert, die man verschrauben, klemmen und natürlich verkleben kann. Eine Einschränkung gibt es aber doch. Man kann die Klammer nur in zwei Richtungen anbringen. Bei der Konstruktion musste ich den Kompromiss eingehen, dass nur zwei Seiten für das Klipsen in Frage kommen. Man kann daher die Klammer nicht alle 90 Grad drehen und anbringen, sondern nur jeweils um 180 Grad. Kurz gesagt die Lötstellen müssen immer rechts und links von der Klammer stehen und nicht oben und unten. (siehe Bilder 5.0 – 5.1)

Anwendungsbeispiele

• 5.0.1, 5.0.2 WS2812B 60 LED/m
• 5.0.3 RGW auf Platine
• 5.0.4 WS2812B 144 LED/m (geht nur jede zweite LED zu Klipsen)
• 5.1.1 SK6812 verlötet auf Trägerplatte geklemmt
• 5.1.2 WS2812B verlötet drei Stück
• 5.1.3 RGW
• 5.1.4 CW mit Seitenclips rechts und links

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• Klemme für SMD5050

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In meiner Werkstatt wird einiges geschraubt und dabei verwende ich am häufigsten Bits in den Varianten Torx, Innensechskant und Kreuzschlitz. Ich kaufe diese Bits immer in 10er oder 25er Packungen, weil die günstiger sind und ich gerne einen kleinen Vorrat habe. Beim Werkzeug gehts mir da ähnlich, deshalb habe ich beschlossen ein paar Bit-Adapter zu konstruieren und 3D zu drucken.

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Vorgehensweise

Als erstes habe ich Ordnung in meinen Steckschlüsselkoffern gebracht um herauszufinden welche Adapter tatsächlich benötigt werden. Bei den gängigsten Vierkantgrößen für Steckschlüssel handelt es sich um:

• ¼“ gleich 6,35 mm
• 3/8″ gleich 9,52 mm
• ½“ gleich 12,7 mm

Im Bild 2.0 habe ich einige Vierkantaufnahmen zusammengestellt. Bei Bild 2.0.1 handelt es sich um einen Sechskant Schaft ¼“ mit drei unterschiedlichen Vierkantgrößen. Diesen Sechskant Schaft kann man gut in ein Dreibackenfutter einspannen welches üblicherweise bei einer Bohrmaschine oder Akkuschrauber genutzt wird. Im Bild 2.0.2 ist die Variante mit Handgriff dargestellt, bei dem am Schaftende der Vierkant sitzt. In 2.0.3 sieht man drei Gelenke mit unterschiedlichen Vierkantgrößen und Bild 2.0.4 zeigt ein sogenanntes „Federndes Druckstück“. Das federnde Druckstück hat die Aufgabe beim Einführen in das Gegenstück sich zurück zu ziehen und in der Endposition in die vorgesehene Kerbe oder Rille im Gegenstück einzurasten. Dies gewährleistet einen besseren Halt beider Teile in der Verbindung. Die Stelle des federnden Druckstücks am Vierkant, habe ich mit roten Kreisen an einigen Vierkanten exemplarisch markiert. Mir ist es wichtig die Funktion zu erklären, da in der Konstruktion des Adapters eine andere Lösung realisiert wird.

CAD Konstruktion des Bit-Adapter

Die Realisierung am CAD geht eigentlich recht schnell von statten. Die Masse für die Tiefe des Vierkants auf der einen Seite und die Einstecktiefe des Sechskants auf der anderen Seite des Adapters wird an den Schäften gemessen. Bild 3.0.1 zeigt am Vierkant die Fläche (rot) die in den Adapter geschoben wird, welche gleich der Fläche im Bild 3.0.2 am Sechskant (schwarz) ist. Beim Bild 3.0.3 habe ich einen Schnitt gemacht und die Schnittfläche grün markiert. Die Platzierung der beiden Schäfte wird anhand der Farben dargestellt.

Für die Außenmaße der Adapter sind ausschließlich die Vierkant-Dimensionen ausschlaggebend. Da die Vierkantschäfte immer größer werden muss natürlich auch der Außendurchmesser des Adapters angepasst werden. Bei dem ½“ Adapter (4.0.3) habe ich deshalb eine Stufe angebracht. Es ist schließlich beim Sechskant genügend Material vorhanden, da er sich nicht verändert. Die Aussparungen oder auch Taschen an den Mantelflächen sind keine Showeinlage. Sie dienen einerseits der Stabilität des Adapters und sparen Material. An allen Adaptern sind die beiden Gewinde gleich. Die M3 Gewinde dienen zum optionalen klemmen der Schäfte.

Ich verwende Stiftschrauben mit Innensechskant, die am Ende flach sind um die Oberfläche der Schäfte nicht zu beschädigen. Man kann auch normale Schrauben verwenden, wenn sie einen nicht stören. Den Sitz oder Position der Gewinde sieht man beim Bild 3.0.3 in der Schnittdarstellung.

Exkurs federnde Druckstücke: Die federnden Druckstücke wurden bereits in Bild 2.0.4 erwähnt. Schon seit einigen Jahren versuche ich sie in Kunststoff zu verwenden und musste immer wieder feststellen, dass es nicht funktioniert. Es ist leichter die Klemmung mit Schrauben zu gestalten und funktioniert  garantiert!

Zum Schluss werden die Bit-Adapter gedruckt und gesäubert und die M3 Gewinde geschnitten. In den Bildern unter 5.0 sieht man an paar Beispiele für die Verwendung der Adapter.

Anmerkung

Die Bit-Adapter sind natürlich nur für den Einsatz unter 15Nm geeignet. Diesen Wert habe ich mit Karbonfaser verstärktem Filament locker erreicht. Bei höheren Werten besteht Bruchgefahr und daher auch Verletzungsgefahr!

Dateien zum Herunterladen

• Adapter 3/8″ zu  ¼“

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