Shadow Box LED Tisch mit Acrylglas

"Shadow Box" LED Tisch mit Acrylglas zum selber bauen wurde uns eingesandt von Marvin E. Das Kundenprojekt des Monats Juli 2020 Platz #1.

Die Idee

Alles hat damit angefangen, dass ich eine große LED-Matrix bauen wollte, bei der die Pixel individuell ansteuerbar sind, weshalb ich mich für WS2812b entschied. Da ich noch nicht wusste, wo ich sie verbauen wollte, entschied ich mich für einen "Shadow Box" Tisch, auch Vitrinen Tisch genannt. Ich bin schreinerisch komplett unbegabt. Doch da ich Elektriker und Programmierer vom Beruf bin, habe ich den einfachen Weg genommen und mich für einen IKEA Lack Couchtisch entschieden, da dieser relativ günstig ist und sich leicht zwei verschiedene Ebenen herstellen lassen. Eine für die LEDs und die obere Ebene mit einer Acrylglas Platte. Natürlich kann man sich immer auch seinen Tisch selbst bauen und die LEDs vergleichsweise einbauen.

Verbautes Material

• Acrylglas GS Opal weiß NP30 in 5 mm (105 cm x 55 cm)
• IKEA Lack Couchtisch 118 x 78 cm
• 200 Stück "WS2811" LED 12 mm Einbaudurchmesser
• WS2811 Kontrolleinheit. hier Arduino
• 10 Abstandshalter für Platte (hier 3D gedruckt mit Holz-PLA Verbund)
• Sanitärsilikon klar
• Netzteil, 5V oder 12V, mindestens 60W
• weitere elektrische Komponenten DC- DC Wandler 12-5V für LEDs, ca 5-22AWG Kupferkabel
• Falls 12V Netzteile, optional 12V Auto USB Ports
• Kleine Schrauben und Klemmen für Teile wie Netzteil und Arduino
• Epoxidklebstoff

Benötigtes Werkzeug

Akkubohrer mit:

• 12 mm Holzbohrer
• 30 mm Astlochbohrer für USB Ports
• Sägewerkzeug ( Handsäge/ Stichsäge/ Oberfräse etc...)
• Lötkolben mit Lötzinn und Flux oder Kabelklemmen
• Kartuschen Pistole und Fugenglätter
• Zollstock, Bleistift und lange Gerade, zum Beispiel: Richtlatte, evtl. Winkellehre
• evtl. Schraubzwingen

Der Bau

Schritt 1: Rechnen und Löcher aufzeichnen

Zuerst wird auf der Unterseite des Tisches die Position der späteren LEDs und der Öffnung aufgezeichnet. Da der Tisch 118 x 78 cm ist, habe ich mich mit 200 LEDs für einen LED-Abstand von 5 cm entschieden, mit einer LED-Matrix von 10 auf 20 LEDs. Dabei berechnet sich dann der Abstand von 45 cm zu 95 cm zwischen den LEDs, bzw. 55 zu 105 cm für die Aussparung für die Acrylglas Platte. Diese Aussparung wird auf der Unterseite des Tisches eingezeichnet und im 5 cm Abstand Linien gezogen, sodass darin 200 Kreuzpunkte entstehen. Die Aussparung kann dabei auch gerade noch auf die Oberseite des Tisches gezeichnet werden, oder auch später.

Schritt 2: Löcher bohren

Als nächstes habe ich mich dazu entschieden, zuerst die Löcher für die LEDs zu bohren, da ich gehofft habe, dass die Wabenfüllung des Tisches sowie die Oberseite, welche gerade unten liegt, gegen das Ausbrechen der Löcher entgegenwirken und es half einigermaßen. Also, Tisch umdrehen und 200 Löcher bohren. Es hört sich nach viel an, aber nach der Hälfte wünschte man sich, man hätte eine einfachere Idee gehabt, nun denn...Die Löcher werden mit dem 12 mm Holzbohrer genau in der Mitte der Kreuzpunkte gebohrt, sodass die LEDs später den 5 cm Abstand von Mitte zu Mitte haben. Dabei darauf achten nur die inneren Kreuzpunkte auszubohren, nicht etwa die Anfänge der Linien mit der aufgezeichneten Aussparung für die Platte.

Schritt 3: Aussparung in Oberseite sägen

Da ein IKEA Lack Tisch nicht gerade aus solidem Holz besteht, dachte ich es wäre einfach, die Oberseite von Hand abzusägen. Es ist sogar möglich, nur sehr anstrengend. Stattdessen habe ich mich hier meiner Oberfräse behilflich gemacht. Ein Loch in einer Ecke vorgebohrt, Distanz der Fräsbits zur Kante der Oberfräse ausgemessen und die Richtlatte am Tisch festgeklemmt. Nun kann die Oberfräse ohne Komplikationen genau an der vorher gezeichneten Linie gefräst werden, um einen sehr geraden Schnitt zu machen. Das gleiche wird auf den anderen drei Seiten wiederholt und die Platte sollte sich vom Füllstoff mit etwas Kraft lösen können. Da die innere Platte und der Füllstoff darin nicht mehr benötigt wird, braucht man nicht zu zärtlich sein.

Schritt 4: Füllstoff entfernen

Nun kommt wahrscheinlich der befriedigendste Teil an diesem Projekt. Mit einem Cuttermesser, welches bis zum inneren Boden der Tischplatte ausgefahren ist, wird der Füllstoff unter dem nun offenen Teil genau am vorher gefrästen Rand vom Füllstoff, in den noch vorhandenen Teilen des Tisches getrennt und kann dann relativ einfach herausgenommen werden. Nachdem alles entfernt wurde, ist eine gute Gelegenheit das Innere des Tisches gründlich zu saugen. Der Verbleibende Füllstoff ist zwar jetzt an den Rändern ziemlich offengelegt, jedoch sieht man dies später durch die Opalplatte nicht, weshalb es uns nicht weiter stört.

Um die Platte später zu halten, habe ich mir Abstandshalter in der CAD Software entworfen und 3D gedruckt, für jeweils die Ecken einen und pro lange Seite zwei, pro kurze Seite einen, gleichmäßig aufgeteilt. Dies sind einfache Plastik Keile, die man auch mit diversen anderen Dingen ersetzen kann. Die Abstandshalter sind etwas angeraut und direkt mit Epoxidklebstoff auf die Innenseite des Tisches geklebt.

Schritt 5: LEDs

Ich benutze generische WS2811 LED-Ketten aus China, diese habe ich unter dem Begriff “WS2811 LEDs” als erster Treffer bei Aliexpress gefunden. Sie sind einzeln verkabelt, haben eigene Halter für ein 12 mm Loch und einen Höchstabstand von 80 mm pro LED, also genau passend für dieses Projekt. ich habe 4x 50er Ketten bestellt. Bei WS2811 LEDs, welche mit 5V betrieben werden, ist es auch wichtig, an verschiedenen Stellen Strom einzufügen, anstatt nur an einem Ende, da sonst die Helligkeit unterschiedlich sein kann. Außerdem besitzen die Dateinlinien eine Richtung, die man betrachten muss.

Nun folgt also die Fortsetzung für 200 Löcher bohren: 200 LEDs einsetzen. Dabei wird darauf geachtet, dass die LEDs in einer gleichmäßigen Anordnung angereiht werden. Ich entschied mich dazu, jeweils 5 Spalten LEDs im Zickzack zu stecken, also eine ganze Spalte hoch-eine Spalte weiter-diese Spalte wieder Runter- eine Spalte weiter-...

Die genaue Anordnung ist aber offen gestellt. Die 4 verschiedenen Strips wurden dann mit ihrem Ground und Data Kabel verbunden, nicht aber mit dem Stromkabel.

Schritt 6: Verkabelung

Alle folgenden Bauteile werden auf der Unterseite des Tisches angebracht. Da ich ein 12V Netzteil benutzte, muss der Strom zuerst einmal auf 5V reduziert werden, welches durch DC- DC Wandler bewerkstellige wird. Ich habe 12V benutzt, da ich dünnere Kabel benutzen wollte und bei 5V zu viel Ampere benötigt wird. An das Netzteil werden nun 5 DC - DC Wandler angeschlossen bzw. gelötet. Jeder dieser Wandler wird nun an einen 50 LED Strip angeschlossen und der verbleibende betreibt den Arduino bzw. die LED-Steuerung. Die Strips sind deswegen nicht mit ihrem positiven Leiter miteinander verbunden. Mehrere DC - DC Wandler können Interferenzen in der Spannung erzeugen, trotzdem kann und sollte man alle Gronds bzw. minus Leiter verbinden. An einen digitalen Pin des Arduinos wird der Anfang des Data-Kabels (grün) verbunden, sowie alle Erdungen, welche miteinander verbunden sind. Ich werde hier nicht weiter auf die Programmierung der LEDs eingehen, da es dazu im Internet genügend Ressourcen gibt.

Zum Schluss wird die Platte eingesetzt und evtl. die Ecken gerundet, um in die Aussparung zu passen und die Beine + Mittelplatte werden an den Tisch angebracht.

Extras

Da ich zwei kleine Kinder im Haus habe, welche gerne einmal Gläser umwerfen, bin ich hingegangen und habe die Spalte zwischen Platte und Tisch mit Sanitärsilikon gefüllt, um zu vermeiden jedes Mal drei Bauteile austauschen zu müssen.

Um Mobilgeräte laden zu können, habe ich mir einen 12V USB-Port (bzw. 2) gekauft, welche man üblicherweise in ein Fahrzeug einbaut und mit der Fahrzeugbatterie verbindet. Dafür war schnell in der Seite des Tisches ein Loch (30 mm Astlochbohrer) gebohrt und dessen Kabel mit dem 12V Netzteil verbunden. Nun hat man 2 USB-Ports am Tisch, welche beide noch einmal 5V2A liefern können.