Eigenbau-Led-Helmlampe (7x CREE XM-L U2, 3000 Lumen)

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  1. Hallo,

    hab mir vor einiger Zeit eine neue, stufenlos dimmbare Helmlampe gebastelt.

    Da ich hier im Forum in der Vergangenheit sehr viele tolle Tips bzgl. Lampenbau erhalten habe, wollte ich die Lampe nachfolgend vorstellen.

    Am Ende des Beitrags findet sich auch eine Auflistung aller verwendeter Komponenten, mit Angabe von Bezugsquelle und Einzelpreis, sowie eine Skizze des Lampenkopfs mit Bemassungen.

    Nachfolgend zunächst ein paar Bilder der fertig aufgebauten Lampe:

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    Die Elektronik sitzt in einem separaten Alu-Gehäuse an der Helmrückseite. Der Li-Ion- Akku wird in einem wasserdichten Gehäuse am Gurt getragen.

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    Der Lampenkopf kann stufenlos verkippt werden. Als Drehachse dient die sehr massive M12-Kabelverschraubung.

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    Auf der Rückseite des Lampenkopfs ist ein Stiftkühlkörper eingelassen, um die Kühlung und somit die Effizienz der Leds noch ein wenig zu verbessern.

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    Folgende Vorgaben sollte die neue Lampe erfüllen:

    - Lampenkopf, Elektronikgehäuse und Akkugehäuse möglichst wasserdicht. Mindestens Schutzart IP67
    (30min, 1m Wassertiefe).

    - Robuste, zuverlässige Konstruktion (sehr stabiler Lampenkopf, massive Frontscheibe, robustes
    Elektronik- und Akkugehäuse, strapazierfähiges Kabel, Kabelverschraubungen und Stecker mit guter
    Zugentlastung , Stecker mit Verriegelung und vergoldeten Kontakten für gute Korrosions-
    beständigkeit und geringe Kontaktwiderstände).

    - Hoher max. Lichtstrom (deutlich heller als alle kommerziell verfügbaren Höhlen-Helmlampen).

    - Verwendung der effizientesten am Markt verfügbaren Leds für lange Akkulaufzeiten.

    - Lampenkopf mit großer Oberfläche für optimale Kühlung und somit max. Effizienz der Leds

    - Erträgliches Gesamtgewicht der am Helm montierten Komponenten (Akku wird am Gurt getragen).

    - Optik mit homogener Ausleuchtung ohne konzentrische Strukturen.

    - Helligkeit stufenlos dimmbar.

    - Lampenkopf stufenlos in der Neigung verstellbar.

    - Qualitativ hochwertige Konstantstromquelle (KSQ) + PWM-Dimmer

    - Qualitativ hochwertiger Li-Ion-Akku (Panasonic- oder Samsung-Zellen) mit Schutzschaltung
    gegen Überladung, Tiefenentladung und externen Kurzschluss.

    - Qualitativ hochwertiges und einfach zu bedienendes Ladegerät für 4-zelligen-Li-Ion-Akku.

    - Für Filmaufnahmen geeignete PWM-Frequenz.

    - Keine magnetischen Teile am Helm (z.B. Reedschalter), um Kompass nicht zu stören.

    - Nach Möglichkeit alle Komponenten von deutschsprachigen Bezugsquellen mit kurzer Lieferzeit.



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    Komponenten der Eigenbau-Led-Helmlampe (Akku + Ladegerät fehlen auf dem Bild noch).

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    Das Herzstück der Helmlampe: 7x CREE XM-L U2 Led auf Kupferplatine.

    Max. theoretischer Lichtstrom: ca. 7000 Lumen (I=3000mA, P= 70W).

    Der angegebene max. theoretische Lichtstrom wird nur bei perfekter Kühlung und ohne Optik erreicht, da die Effizienz der Leds mit steigender Temperatur sinkt und jede Optik verlustbehaftet ist. Die Kupferplatine bietet im Vergleich zu den wenigen Konkurrenzprodukten auf Aluplatine eine verbesserte Wärmeableitung.

    http://www.led-tech.de/de/High-Power-LED...47_120_117.html

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    Zu Beginn des Bastelprojekts gab es noch keine kommerziell verfügbare 7fach XM-L Platine. Aus diesem Grund wurde zunächst die links abgebildete, nicht kommerzielle 7fach XM-L Platine von den Jungs von rad-ass verwendet.

    An dieser Stelle ein ganz besonders herzliches dankeschön an den Jürgen von rad-ass!

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    Für die Led-Platine sind verschiedene 7-fach Optiken sowie diverse Einzeloptiken des Herstellers Polymer-Optoelectronics mit unterschiedlichem Abstrahlwinkel verfügbar.

    1.) Abstrahlwinkel 12°, clear, Part No. 261 (Abbildung links, auch bei led-tech erhältlich)
    ursprünglich designed für Luxeon Rebel leds

    2.) Abstrahlwinkel 12°, diffuse, Part No. 264 (Abbildung rechts)
    ursprünglich designed für Luxeon Rebel leds

    3.) Abstrahlwinkel 12°, clear, Part No. 122
    ursprünglich designed für Luxeon I, III und K2 leds

    4.) Abstrahlwinkel 50°, clear, Part No. 125
    ursprünglich designed für Luxeon I, III und K2 leds

    5.) Abstrahlwinkel 12°-90°, clear, Part No. 130,
    ursprünglich designed für Luxeon I, III und K2 leds.
    Hierbei handelt es sich um eine spezielle Zoom-Optik,
    welche in Kombination mit Optik 125 eingesetzt
    werden kann. Je nachdem wie die beiden Optiken
    aufeinandergesetzt werden, kann man unterschiedliche
    Abstrahlwinkel definieren.

    http://de.futureelectronics.com/de/Searc...:4294938290-907


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    Bei der 7fach-Optik in der Mitte wurde testweise die mittlere Einzeloptik heraus gesägt und provisorisch durch eine Weitwinkel-Einzeloptik ersetzt.

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    Links: „Senser Xtreme“ Boost-Konstantstromquelle (KSQ)

    Bei der „Senser Xtreme“ vom deutschen Hersteller pcb-components handelt es sich um eine extrem leistungsfähige KSQ, die in der Lage ist, bis zu 16 Highpower-Leds mit einem konstanten Ausgangsstrom von bis zu 2050mA zu versorgen. Dies entspricht einer Led-Leistung von über 100W.

    Durch Einlöten eines zusätzlichen Bauteils kann die „Senser Xtreme“ alternativ auch bis zu 8 Highpower-Leds mit einem konstanten Ausgangsstrom von bis zu 3050mA versorgen.

    Die Effizienz der KSQ beträgt je nach Eingangsspannung bis zu 97%. Die Verlustleistung (Erwärmung) ist daher äußerst gering.

    Bei der „Senser Xtreme“ handelt es sich um eine sog. Boost-KSQ. Das bedeutet, daß die Akkuspannung geringer sein kann (muß) als die eigentlich benötigte Led-Spannung. Dies hat den Vorteil, daß man weniger Akkus in Reihe schalten muß.

    http://pcb-components.de/index.php?page=...emart&Itemid=64


    Rechts: „NanoDimV2“-PWM-Dimmer.

    Der „NanoDimV2“ bietet 3 verschiedene Möglichkeiten der Helligkeitsregelung :

    1.) Bedienung mit einem Poti (stufenlose Dimmung, 0-100%)
    2.) Bedienung mit 2 Drucktastern (stufenlose Dimmung, 0-100%)
    3.) Bedienung mit 1 Drucktaster (vordefinierte Dimmstufen: 0%, 25%, 50%, 100%)

    Die Dimmfrequenz ist wählbar (200Hz oder 2KHz) und laut Hersteller für Videoanwendungen geeignet.

    http://pcb-components.de/index.php?page=...emart&Itemid=64



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    Komponenten für den Lampenkopf:

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    Arctic-Silver Wärmeleitpaste mit feinporiger Schaumstoffwalze möglichst dünn und gleichmäßig auf den Stiftkühlkörper auftragen und diesen kräftig mit dem Lampenkopf verschrauben.

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    Blank polierte Oberfläche des Lampenkopfs nach der Fertigung. Als Alu-Legierung wurde AlMgSi1 verwendet, da es einen Kompromiss aus guter Zerspanbarkeit und guter Eloxierbarkeit bietet.

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    Da raue, matte Oberflächen Wärme besser abstrahlen können als glatte, polierte Oberflächen,
    habe ich den Lampenkopf und den Stiftkühlkörper glasperlengestrahlt. Eigentlich sollte der Lampenkopf auch farbig eloxiert werden. Aus Zeitgründen habe ich darauf dann aber doch verzichtet.

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    Das Lampeninnere, sowie die Auflageflächen für Stiftkühlkörper und Kabelverschraubung wurden blank poliert belassen.

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    Kabelverschraubung montieren. Für optimale Dichtigkeit hochviskoses O-Ring-Fett verwenden (z.B. Baysilone von Bayer). Das Gewinde der Kabelverschraubung wurde zusätzlich mit Teflon-Dichtband abgedichtet.

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    Der von mir verwendete Stiftkühlkörper ICK S R 54 X 20 von Fischerelektronik (rechts) hat eine Tiefe von 20mm. Der Kühlkörper ist bei Bedarf aber auch mit einer Tiefe von 30mm bzw. 45mm erhältlich.


    Montage der Komponenten:

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    Lampenkopf-Halterung montieren.

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    Lampenkopf an Lampenkopf-Halterung montieren.

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    Led-Platine anlöten. Die Unterseite der Led-Platine in vollflächig vergoldet. Dies beugt möglicher Oxidation vor und macht das rückstandslose Entfernen von z. B. Fingerabdrücken möglich.

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    Arctic-Silver Wärmeleitpaste mit feinporiger Schaumstoffwalze möglichst dünn und gleichmäßig auf die Unterseite der Led-Platine auftragen und diese kräftig mit dem Lampenkopf verschrauben.

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    So, schaut schon mal nach viel Licht aus.

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    7-fach Optik einsetzen.

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    Viton-O-Ring (sehr gute Temperaturbeständigkeit von -20°C bis +200°C) und modifizierter Zentrierring.

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    O-Ring von Fusseln reinigen und auf den Zentrierring aufziehen.

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    O-Ring gleichmäßig mit O-Ring-Fett einfetten und in den Lampenkopf einlegen.

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    Optik zentrieren. Frontscheibe auf der Unterseite mit fusselfreiem Tuch reinigen, auf den O-Ring auflegen und die 6 Zylinderschrauben möglichst gleichmäßig anziehen. Zum Schluß alle 6 Schrauben kräftig bis zum Anschlag anziehen.

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    Komponenten für das Elektronikgehäuse. Die Wandstärke des Alugehäuses beträgt 3mm (heavy-duty-Ausführung). Das Gehäuse sollte also auch sehr harte Schläge gegen den Fels unbeschadet überstehen.

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    Montageplatte zur Befestigung des Elektronikgehäuses montieren.

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    Elektronikgehäuse festschrauben. Da die Wandungen des Alu-Gehäuses fertigungsbedingt nicht perfekt plan sind, wurden die Auflageflächen für die Kabelverschraubungen plan gefräst und jeweils direkt anschließend die M12-Gewinde gebohrt und geschnitten (ohne Umspannen des Werkstücks, damit Auflagefläche und Gewindegang auch wirklich perfekt senkrecht zueinander stehen).

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    Kabelverschraubungen montieren. Für optimale Dichtigkeit hochviskoses O-Ring-Fett verwenden (z.B. Baysilone von Bayer) . Die Gewinde der Kabelverschraubungen wurden zusätzlich mit Teflon-Dichtband abgedichtet. Kabel montieren und XLR-Stecker anlöten.

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    Elektronik-Platinen mit Wärmeleitpads auf Aluprofil aufkleben, Kabel anlöten und Aluprofil mit Wärmeleitpads in das Alugehäuse einkleben. Drucktaster (IP67) montieren. Für noch bessere Dichtigkeit und zum Schutz vor Verschmutzung mit Höhlenlehm bei der Montage der Drucktaster die optional erhältlichen Dichtkappen verwenden.

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    Durch Anlöten des blauen Kabels an Lötpad „B“ des PWM-Dimmers kann die PWM-Frequenz von 200Hz auf 2KHz geändert werden.
    Die Anschlußbelegung von KSQ und PWM-Dimmer findet sich in den zugehörigen, sehr übersichtlichen Manuals, welche man sich bei pcb-components als pdf-file runterladen kann.

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    Dichtflächen blank polieren. Dichtung des Elektronik-Gehäuses von Fusseln reinigen und gleichmäßig mit O-Ring-Fett einfetten. Deckel aufsetzen und die 4 Zylinderschrauben gleichmäßig anziehen. Zum Schluss alle 4 Schrauben kräftig bis zum Anschlag anziehen.

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    Komponenten für das Akkugehäuse (laut Hersteller Alunatec druckdicht bis 200m Wassertiefe).Das Akkugehäuse besteht aus Delrin (POM). Dieser Spezialkunststoff von „DuPont“ zeichnet sich durch hohe Festigkeit und ausgezeichnete Dimensionsstabilität aus und wird für Präzisionsteile verwendet.

    http://shop.strato.de/epages/61162903.sf...0%20POM-0002%22

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    4-zelliger Li-Ion-Akku (4S1P) mit integrierter Schutzschaltung gegen Überladung und Tiefenentladung. Nennspannung: 14.8V, Ladeschlußspannung: 16.8V, Entladeschlußspannung: 11.0V,
    Max. Entladestrom: 4.0A, Max. Ladestrom: 2.6A, Kapazität: 2600mAh (bzw. ca. 38Wh), Qualitativ hochwertige Samsung ICR18650-26 Zellen

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    Vollautomatisches Ladegerät für 4-zellige Li-Ion-Akkus (4S1P) vom norwegischen Hersteller Mascot.
    Type: 2241, Ladeschlußspannung: 16.8V, max. Ladestrom: 0.9A

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    Ladegerät, 4-zelliger Li-Ion-Akku und Akkugehäuse.

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    Wenn man den Akku ins Akkugehäuse reinstellt, bleiben rundherum noch ca. 2mm Luft. Oberhalb des Akkus ist noch etwas Platz, um z.B. eine KFZ-Sicherung als Schutz gegen externe Kurzschlüsse zu integrieren.

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    XLR-Stecker an Ladekabel anlöten. Akku anlöten und Lötstellen mit Schrumpfschläuchen isolieren.

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    Da der Akku noch etwas Spiel im Gehäuse hatte, habe ich ihn vor dem Einbau einige male sehr eng mit Frischhaltefolie und abschließend mehrfach mit Gaffa-Tape umwickelt, um ihn noch etwas besser vor evtl. eindringendem Wasser zu schützen. Vor dem Zuschrauben des Akkugehäuses die O-Ringe gleichmäßig mit O-Ring-Fett einfetten.

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    Die verwendeten Blueglobe-Kabelverschraubungen sind von Alunatec erfolgreich bis 300m Wassertiefe getestet (bei entsprechend geeignetem Kabel sowie glatter und planer Auflagefläche). Großer Temperaturbereich: -40°C bis +130°C.

    Vorsicht: die Kabelverschraubungen haben ein metrisches Feingewinde M12x 1.5. Ein gewöhnlicher Wald- und Wiesen-Gewindeschneider aus dem nächsten Baumarkt funktioniert daher nicht!

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    Als Kabel verwende ich das Cordial CLS 215. Hierbei handelt es sich um ein sehr robustes und trotzdem flexibles Lautsprecherkabel, welches ich auch in meinem früheren, langjährigen Hobby Konzertbeschallung in größeren Mengen mit großer Zufriedenheit verwendet habe.

    Leiterquerschnitt: 2x 1.5mm2, Leiteraufbau: jeweils 84x 0.15mm2, Leiterwiderstand: 13Ohm/km, Gewicht: ca. 70g/m, Durchmesser: 7mm.

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    Die verwendeten Neutrik XLR-Stecker sind sehr stabil und verriegelbar. Sie bieten außerdem eine sehr gute Zugentlastung und haben vergoldete Kontakte.

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    Hurra fertig!

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    Links:
    Alte Eigenbau-Helmlampe, 4x CREE XR-E R2 Led (I= 1000mA), Baujahr 2010.

    Mitte:
    Redundant aufgebaute Eigenbau-Handlampe, Baujahr 2011.
    Lampenkopf Seite 1: 7x CREE XP-G R5 Led (I= 1350mA)
    Lampenkopf Seite 2: 4x CREE XP-G R5 Led (I= 1000mA)

    Rechts:
    Neue Eigenbau-Helmlampe, 7x CREE XM-L U2 Led (I= 2050mA), Baujahr 2012.



    Daten der fertig aufgebauten Helmlampe:

    Mit dem „Cree Product Characterization Tool“ kann man sehr schön das Betriebsverhalten diverser Cree-Leds untersuchen, und sich z.B. verschiedene Parameter wie Lichtstrom [Lumen], Effizienz [Lumen/W], Vorwärtsspannung [V] und Leistungsaufnahme [W] in Abhängigkeit vom gewählten Betriebsstrom sowie in Abhängigkeit von der Led-Temperatur (Tjunction) anschauen:

    http://pct.cree.com/#

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    Output der "cavelight 3000":

    Die nachfolgenden Werte zur Abschätzung des max. real emittierten Lichtstroms der "cavelight 3000" stammen alle aus der Tabelle im Beitrag zuvor. Um die Werte in der Tabelle ablesen zu können, diese auf "volle Bildgröße" vergrößern.


    Für eine einzelne Cree XM-L U2 Led ergibt sich bei einem Strom von I= 3A und Tjunction= 25°C:

    - Lichtstrom: 975.6 Lumen*
    - Effizienz: 97.5 Lumen/W
    - Vorwärtsspannung: 3.337V
    - Leistungsaufnahme: 10.011W


    Für 7 Stück Cree XM-L U2 Leds in Reihenschaltung ergibt sich somit bei einem Strom von I= 3A und Tjunction= 25°C:

    - Lichtstrom: 6829 Lumen*
    - Effizienz: 97.5 Lumen/W
    - Vorwärtsspannung: 23.4V
    - Leistungsaufnahme: 70.1W


    * Max. theoretischer Lichtstrom : Dieser gilt nur für eine Emittertemperatur von 25°C, da die Effizienz [Lumen/Watt] mit steigender Emittertemperatur sinkt . Verluste durch Optiken und Frontscheiben sind ebenfalls nicht berücksichtigt. In der Realität werden diese Werte daher nur bei sehr effizienter Kühlung und ohne Optik erreicht. Die exakten, real emittierten Lichtströme einer Lampe müssen in einer kalibrierten Ulbrichtkugel gemessen werden.

    Led-Hersteller geben die Led-Parameter üblicherweise für eine Tjunction von 25°C an. In der Realität ist die Tjunction aber wesentlich höher als 25°C.



    Worst Case (sehr schlechte Kühlung):

    Für eine einzelne Cree XM-L U2 Led ergibt sich bei einem Strom von I= 3A und Tjunction= 150°C:

    - Lichtstrom: 707.3 Lumen
    - Effizienz: 79.6 Lumen/W
    - Vorwärtsspannung: 2.962V
    - Leistungsaufnahme: 8.886W


    Für 7 Stück Cree XM-L U2 Leds in Reihenschaltung ergibt sich somit bei einem Strom von I= 3A und Tjunction= 150°C:

    - Lichtstrom: 4951 Lumen
    - Effizienz: 79.6 Lumen/W
    - Vorwärtsspannung: 20.7V
    - Leistungsaufnahme: 62.2W


    Wie man sieht, sinkt mit steigender Tjunction nicht nur die Effizienz, sondern auch die Vorwärtsspannung und somit auch die Leistungsaufnahme. Daher sinkt die Leistung bei gleichem Strom von 70.1W auf 62.2W



    Abschätzung des real emittierten Lichtstroms der „cavelight 3000“ (worst case):

    Da die Helmlampe bei einem Strom von 3000mA bzw. einer Leistung von 60-70W passiv nicht zu kühlen ist und extrem heiß wird, wird die Lampe „nur“ bei max. 2050mA betrieben.


    Für eine einzelne Cree XM-L U2 Led ergibt sich bei einem Strom von I= 2A und Tjunction= 150°C
    (worst case, sehr schlechte Kühlung):

    - Lichtstrom: 537.6 Lumen
    - Effizienz: 93.8 Lumen/W
    - Vorwärtsspannung: 2.866V
    - Leistungsaufnahme: 5.732W


    Für 7 Stück Cree XM-L U2 Leds in Reihenschaltung ergibt sich somit bei einem Strom von I= 2A und Tjunction= 150°C (worst case, sehr schlechte Kühlung):

    - Lichtstrom: 3763 Lumen
    - Effizienz: 93.8 Lumen/W
    - Vorwärtsspannung: 20.1V
    - Leistungsaufnahme: 40.1W


    Die Verluste durch die verwendete 7fach-Optik von Polymer-Optoelectronics (Part.-No.: 261) betragen laut Hersteller weniger als 15%. Da die 7fach-Optik aber ursprünglich für die Luxeon-Rebel Leds designed wurde, betragen die Verluste in Kombination mit XM-L Leds in Wirklichkeit ca. 22% (in Ulbrichtkugel gemessener Wert).


    Somit folgt für den real emittierten Lichtstrom der „cavelight 3000“ (worst case):

    Mit 7fach-Optik: 3763Lumen x 0.78 = 2935 Lumen


    Die Verluste durch die verwendete Scurion-Frontscheibe sind nicht bekannt. Da Scurion für die Scurion1500 (2x CREE XM-L U2 Led) einen Lichtstrom von 1450 Lumen angibt, können die Verluste durch die Frontscheibe nur relativ gering sein. Daher wird für die Verluste durch die Scurion-Frontscheibe ein Wert kleiner 5% angenommen.

    Mit 7fach-Optik + Frontscheibe: 2935 Lumen x 0.95 = 2788 Lumen


    Da die „cavelight 3000“ bei 2050mA betrieben wird (im CREE Product Characterization Tool kann man nur die Werte für 2000mA ablesen) und die Tjunction aufgrund der guten Wärmeableitung der Kupferkern-Platine sicherlich kleiner als 150°C ist, sollte der real emittierte Lichtstrom den Wert von 3000 Lumen übersteigen. Die in unseren Höhlen übliche, konstant niedrige Temperatur trägt natürlich auch noch etwas zur effizienten Kühlung bei.




    Kosten der „cavelight 3000“:

    - Lampenkopf + Elektronikgehäuse + Kabel + Stecker (alles was am Helm montiert ist): ca. 240 EUR

    - 4-zelliger Li-Ion-Akku (Kapazität ca. 38Wh): ca. 40 EUR

    - Akkugehäuse inkl. Kabelverschraubung + Kabel + Stecker: ca. 50 EUR

    - Ladegerät für 4-zelligen Li-Ion-Akku: ca. 43 EUR

    - Wärmeleitpaste + O-Ring-Fett: ca. 13 EUR

    Alles zusammen: 386 EUR*


    * Versandkosten für die einzelnen Komponenten nicht berücksichtigt. Für die Anfertigung des Lampenkopfs wurden 50 EUR berechnet.




    Gewicht der „cavelight 3000“:

    - Lampenkopf + Elektronikgehäuse + Kabel + Stecker (alles was am Helm montiert ist): 670g

    - Li-Ion-Akku + Akkugehäuse + Kabelverschraubung + Kabel + Stecker + Aufhängung: 470g

    Alles zusammen: 1140g*

    *Das Akkugehäuse wird am Gurt getragen, drückt einem also nicht auf den Schädel.




    Fazit "cavelight 3000":

    Positiv:
    Sehr hell, stufenlos dimmbar, sehr homogene Ausleuchtung, alle Komponenten sehr robust und qualitativ hochwertig, Lampenkopf und Akkugehäuse wasserdicht (druckdicht).

    Negativ:
    Gewicht der am Helm montierten Komponenten recht hoch, Elektronikgehäuse nicht perfekt wasserdicht (nur IP66, aber durch Polieren der Dichtflächen und Verwendung von O-Ring-Fett sicherlich trotzdem wasserdicht).




    Nachtrag: Aktive Kühlung?

    Um das Maximum an Effizienz bzw. an Licht aus der Lampe rauszuholen, hatte ich der Lampe zu Beginn des Bastelprojekts einen kleinen, sehr effizienten 50mm-Lüfter verpasst.

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    Der Lüfter von SEPA erzeugt keine orkanartigen Böen. Dafür, daß er gerade mal 0.25W Leistung aufnimmt, drückt er aber einen ganz ordentlichen Luftstrom (10.1m³/h) durch die Alustifte des Stiftkühlkörpers.

    http://www.conrad.de/ce/de/product/18948...earchDetail=005

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    Provisorische Montage des Lampenkopfs mit Lüfter und Aluprofil, um den Luftstrom gezielt durch die Alustifte zu leiten und den Lüfter vor mechanischen Einwirkungen zu schützen.

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    Lüfter, Schutzgitter und Aluprofil wiegen nicht allzu viel. Durch die größere Hebelwirkung des tieferen Lampenkopfs wird der Helm aber sehr schlecht ausbalanciert. Aus diesem Grund wurde die aktive Lampenkühlung wieder verworfen. Wie lange der Lüfter das feuchte Höhlenklima überstanden hätte ist natürlich auch fraglich. Grundsätzlich gibt es aber sogar wasserdichte Lüfter.
     
    Zuletzt bearbeitet: 30. September 2012
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  3. Erstmal: Du hast meinen Respekt für diese tolle Arbeit.

    Nur sehen die Lampen nicht gerade leicht aus und die Lumenwert für den effektiven Lichtstrom lassen sich nicht einfach so addieren. Mein Rechner arbeitet auch nicht mit 19GHz nur weil zwei Xeons drin stecken.
     
  4. siq

    siq bekennender E-Bike Hater

    Dabei seit
    10/2003
    Auch meinen Respekt für Deine Arbeit. Aber ich sehe das Gleiche wie mein Vorposter und dazu aber noch das der 4S1P Akku sicher nicht gerade für eine lange Leuchtdauer bürgt, bei der Lampenkopfaufnahmeleistung. Mindestens 4S2P müssten es schon sein um auf etwa praktikable 1.5-2Std Leuchtdauer zu kommen. Noch besser, aber auch klobiger dann natürlich ein 4S3P Klotz.
     
  5. Onkel Manuel

    Onkel Manuel Technik-Freak

    Dabei seit
    05/2006
    Also erstmal Respekt für die Ausführung, Dokumentation und den kleinen Einblick in die Welt der Höhlenkletterei... :daumen: :cool:

    Aber ist ja auch klar: An eine Höhlenlampe werden komplett andere Anforderungen gestellt als an eine Bikelampe... ;)
     
  6. flyingcubic

    flyingcubic night rider

    Dabei seit
    05/2006
    diese lampen müssen robust sein das ist klar

    dafür ist sie echt bombig geworden
     
  7. Es wurden ja mehrere Threads von dir erstellt. Deswegen nochmal hier:

    Technisch eine 1A Umsetzung. Nur hoffe ich für dich, dass du mit dem Ding nicht stürzt bzw kein Schlag von vorn auf die Lampe kommt.
     
  8. LeJupp

    LeJupp

    Dabei seit
    07/2011
    Nein? Wieso nicht?
     
  9. Siam

    Siam

    Dabei seit
    07/2007
    Natürlich lässt sich der Lichtstrom addieren. 7 x 100 lm gibt 700 lm, so einfach. Nur die Optik schluckt rund 20% weg (ich habe 78% Wirkungsgrad bei der polymer mit 26° Vollwinkel gemessen)!

    Und ich denke das die Problematik mit dem Sturz auf die Lampe vernachlässigbar ist da der einzige denkbare Sinn eines Helmes bei Höhlenwandern sicherlich der Schutz vor von oben herabfallende Objekten ist, nicht bei einem Sturz...

    Gruß
    Thomas
     
  10. Eben weil die Schutzwirkung des Helms eher beschränkt ist, würde ich mir Gedanken machen. Ein Impackt eines "spitzen" Aludorns dürfte die Grenze des Helms überschreiten. Das an der Stelle auch noch drei Schrauben in den Helm hineingehen die über ein eher massives Aluprofil verbunden sind...
     
  11. Wenn du mehr dazu wissen willst lies hier nach oder such mal nach PMPO vs RMS. Wenn man die Werte einfach addierte, hätte eine Piko 750 einen Lumenstrom von 2000lm statt den gemessenen 750lm.
     
  12. na hauptsache du glaubst selber was du da schreibst:rolleyes:

    wenn lupine die piko mit den maximal mögliche 3A bestromen würde und eine vernünftige kühlung (nicht nur 2mm auflagefläche) und vernünftige stars/platinen hätte dann wärst du auch fast bei den 2000 Lumen siehe Siams messungen in der U-Kugel über die XM-L. Schreib nicht so von was von dem du keine Ahnung hast.
     
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  14. LeJupp

    LeJupp

    Dabei seit
    07/2011
    Und wo steht da daß man die Lichtströme mehrerer Lichtquellen nicht aufaddieren darf?

    Was dort steht ist, daß eine Lampe mit n LEDs nicht automatisch n-mal den theoretischen maximale Lichtstrom einer LED liefert. Aber das hat ja auch niemand behauptet. Der OP hat sogar äußerst ausführlich und nachvollziehbar dargelegt wie er auf den Lichtstrom den er für seine Lampe angibt kommt. Vielleicht liest Du nochmal das OP und versucht die Berechnungen nachzuvollziehen.
     
  15. Dass ich wenig von so starken Lampen halte, ist ja ausreichend bekannt, daher ...
    ich verstehe das Setup nicht!

    Da hast Du wirklich richtig viel Überlegung reingesteckt,
    richtig viel Ahnung,
    richtig viel Bauaufwand
    kurz: perfekte Ausführung
    :daumen:
    und dann ist die rechnerische Laufzeit gerade mal 42 Minuten?
    (mit DEM Akku)
    :confused:
    gerade Höhlenlampen bieten doch üblicherweise Laufzeiten, die können Radfahrer noch nicht mal nachvollziehen ...



    PS: ich verstehe auch die Anzahl der Led nicht, denn selbst mit dem Lüfter und dem reduzierten Strom wird sich eine vernünftige Kühlung nicht ausgehen ...
     
  16. Hallo,

    zunächst mal vielen Dank fürs Lob.

    @Toolkid:

    Die Lampe ist in der Tat kein Leichtgewicht.

    Die Referenzlampe im Bereich Höhlenforschung ist die Scurion 1500:

    http://www.scurion.ch/jm/index.php?option=com_content&view=article&id=140&Itemid=92&lang=de

    Diese hat ein Gewicht von 470g.

    Der Referenzhelm im Bereich Höhlenforschung ist der Petzl EcrinRoc.
    Dieser hat ein Gewicht von 450g.

    Ergibt ein Gesamtgewicht von 920g.

    Meine Helmlampe wiegt zusammen mit meinem neuen Petzl Elios Helm
    990g. Meine Kombination wiegt also gerade mal 70g mehr als die sehr beliebte Referenzkombination bei mehr als doppelt so hohem Output.


    Wenn man sich die Messungen von Siam anschaut, glaube ich, daß der angegebene Wert von 3000 Lumen in der Realität erreicht wird.
     
  17. Klasse Projekt und schönes Ergebnis.
    Was für eine aufwendige Doku.:daumen:
     
  18. Ich bin beeindruckt, Gratulation.

    Der Ariane-Entwickler ist zum Akkugehäuse mutiert, das wird bei manchem Speleo Erinnerungen wecken; wie lange hast Du damit Licht, wenn Du die volle Leitung nur vereinzelt abrufst?

    [​IMG]
     
  19. @sig, yellow_Ö und bluecat

    Der 4S1P Akku ist natürlich ein Kompromiss.

    Bei voller Leistung hat der Akku eine gemessene Laufzeit von 47min.

    Bei kleinster Dimmstufe (was immernoch reicht um sich fortzubewegen)
    hat der Akku eine gemessene Laufzeit von 142h (ca. 6 Tage).

    In der Höhle betreibe ich die Lampe meist nur bei ca. 200-300 Lumen (geschätzter Wert), was problemlos ausreicht, um sich sicher fortzubewegen.

    Nur in Bereichen mit großen Gangdimensionen oder großen Hallen, schalte ich die Lampe zeitweise auf volle Leistung, um mich zu orientieren, oder um die volle Schönheit der Höhle zu bewundern. Da hat man dann immer das Gefühl die Sonne geht auf.

    Ein 4S2P-Akku ist am Gurt halt recht schwer, zumal speziell bei der Befahrung von Schachthöhlen sowieso schon viel Zeug am Gurt baumelt
    (Abseilgerät, Steigklemmen, Karabiner, Longes...).



    Prinzipiell hab ich aber auch noch meine beiden "großen" LiPo-Akkus:

    „Ansmann Portable Power Pack Vario“,

    U=16V oder 19V,
    Kapazität: jeweils 6000mAh.

    Integrierte Restkapazitätsanzeige über 5 Leds (bei Betätigung des Tasters) + integrierte Ladezustandsanzeige.

    Abmessungen: 215x130x15mm
    Gewicht: je 650g

    Bei den Teilen handelt es sich eigentlich um externe Zusatzakkus für Notebooks.

    [​IMG]

    [​IMG]

    Die LiPo-Akkus sind in sehr formschöne Alugehäuse integriert. Auf der rechten Seite sind die Ein- und Ausgänge des Akkus und der Wahlschalter für die Ausgangsspannung zu sehen.

    Was mir an den Akkus allerdings nicht gefällt sind die qualitativ eher schlechten Anschlüsse in Form von Hohlbuchsen.

    [​IMG]

    Zusätzlich gibt es noch eine USB-Buchse, welche eine Ausgangsspannung von U= 5VDC liefert. Evtl. ganz geschickt, wenn man in der Höhle nach längerem Aufenthalt den Akku des Fotoapparats oder der Helmkamera etwas nachladen möchte.

    Der Akku verfügt über einen Weitbereichseingang und kann vollkommen unkompliziert mit beliebigen Spannungen von U= 15V - 25VDC geladen werden (z.B.mit einem Notebook-Netzteil).

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    LiPo-Akkus im wasserdichten und bruchfesten Transportcase. Für noch besseren Schutz gegen eindringende Feuchtigkeit zusätzlich in wasserdichte Kunststoffdose eingebaut.

    [​IMG]

    Die Quick-Clip Frischhaltedose mit umlaufender Elastomerdichtung paßt exakt ins Transportcase.

    Da ich die Akkus auch für meine redundant aufgebaute Eigenbau-Led-Handlampe verwende ist die Verkabelung ebenfalls redundant ausgeführt.

    [​IMG]

    Wasserdichtes und bruchfestes B&W Outdoorcase type10 oder alternativ Pelicase 1170 (deutlich schwerer und teurer).

    Bezugsquelle: B&W Koffermarkt,
    Einzelpreis: 26 EUR

    http://www.koffermarkt.com/Outdoor-Foto/...hwarz-leer.html

    [​IMG]

    Passender Mini-Schleifsack (spezieller Höhlenrucksack). Viel Platz für sonstiges Equipment bleibt allerdings nicht.

    Ein nicht benütztes Kabel kann durch Aufstecken eines XLR-Einbausteckers vor Verdreckung der Kontakte mit Höhlenlehm geschützt werden.

    Die beiden großen LiPo-Akkus und der neue 4-zellige Li-Ion-Akku ergeben in Kombination mit der cavelight 3000 für ca. 4h sehr viel Licht, oder bei niedrigster Dimmstufe ca. 700h (ca. 29Tage) nonstop ausreichend Licht um sich fortzubewegen.

    Von den wasserdichten Akkugehäusen von Alunatech habe ich 2 Stück, und werde mir demnächst noch einen 4S1P-LiIon-Akku bei batt-energy-shop kaufen.

    Mit der Akkulaufzeit habe ich somit also eigentlich kein Problem.


    Wenn ich die Lampe im Wohnzimmer bei voller Leistung betreibe, wird sie trotz ordentlich Masse bereits nach ca. 3 min sehr heiß.
    In der Höhle bleibt sie auch bei deutlich längerem Betrieb erstaunlich kühl.
     
    Zuletzt bearbeitet: 26. September 2012
  20. Hallo,

    nachfolgend noch die Auflistung der verwendeten Komponenten,
    jeweils mit Link zur Bezugsquelle:



    Komponente 1 :

    7 x CREE XM-L U2 Led auf Kupfer-Rundplatine

    Bezugsquelle:
    http://www.led-tech.de/de/High-Power-LED...47_120_117.html

    Bemerkung: ca. 7000 Lumen (I=3000mA, P=70W)

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 69.90€ (Alle paar Wochen ab ca. 46.00€ im sog Daytrade).



    Komponente 2:

    7-fach-Optik von Polymer-Optoelectronics (Nr.: 261)

    Bezugsquelle:
    http://www.led-tech.de/de/High-Power-Zub...html?cross=1730

    Oder:

    http://de.futureelectronics.com/de/Searc...:4294938290-907

    Bemerkung: Bei futureelectronics sind auch 7fach-Optiken mit anderen Abstrahlwinkeln verfügbar.

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 9.90€ (led-tech) oder 5.80€ (futureelectronics)



    Komponente 3 :

    „Senser Xtreme“ Hochleistungs-Boost-Konstantstromquelle (KSQ)

    Bezugsquelle:
    http://pcb-components.de/index.php?page=...emart&Itemid=64

    Bemerkung: max. 100W, Effizienz bis zu 97%

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 39.95€



    Komponente 4:

    „Nano Dim V2“ PWM-Dimmer

    Bezugsquelle:
    http://pcb-components.de/index.php?page=...emart&Itemid=64

    Bemerkung: Dimmstufen: 100%, 50%, 25%, 0% (1 Drucktaster) oder stufenlose Dimmung (2 Drucktaster oder Poti)

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 17.95€



    Komponente 5:

    3M Wärmeleitpad, Typ 8805

    Bezugsquelle:
    http://pcb-components.de/index.php?page=...emart&Itemid=64

    Bemerkung: Für KSQ + PWM-Dimmer + Trägerplatte

    Anzahl: 4

    Einzelpreis: 1.00€



    Komponente 6:

    Wärmeleitpaste Arctic-Silver 5

    Bezugsquelle:
    http://www.leds.de/High-Power-LEDs/High-...arctic%20silver

    Bemerkung: Möglichst dünn und gleichmäßig mit Walze auftragen

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 6.90€



    Komponente 7:

    APEM Drucktaster (IP67)

    Bezugsquelle:
    http://www.conrad.de/ce/de/product/70053...-DRUCKKNOPF-ROT

    Bemerkung: Bestellnr.: 700534

    Anzahl: 2

    Einzelpreis: 10.24€



    Komponente 8:

    APEM Dichtkappe für Drucktaster

    Bezugsquelle:
    http://www.conrad.de/ce/de/product/700354/ZUBEHOeR-SERIE-IP

    Bemerkung: Bestellnr.: 700354

    Anzahl: 2

    Einzelpreis: 4.04€



    Komponente 9:

    Alu-Spritzguss-Gehäuse von Hammond Manufacturing, Heavy-Duty-Ausführung, 90x36x30mm,

    Bezugsquelle:
    http://www.conrad.de/ce/de/product/53310...6-x-30-mm-Natur

    Bemerkung: Bestellnr.: 533105, Für Elektronik + Drucktaster

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 8.13€



    Komponente 10:

    Cordial Lautsprecherkabel CLS 215, 2x 1.5 mm2

    Bezugsquelle:
    http://www.thomann.de/de/cordial_cls_215.htm

    Bemerkung: sehr robust und trotzdem flexibel

    Anzahl: 2m

    Einzelpreis: 1.05€/m



    Komponente 11:

    Neutrik XLR-Male-Stecker, NC 3 MXX-B

    Bezugsquelle:
    http://www.thomann.de/de/3-pol_xlr-stecker_buchsen.html

    Bemerkung: vergoldete Kontakte, sehr gute Zugentlastung , sehr stabil

    Anzahl: 2

    Einzelpreis: 3.20€



    Komponente 12:

    Neutrik XLR-Female-Stecker, NC 3 FXX-B

    Bezugsquelle:
    http://www.thomann.de/de/3-pol_xlr-stecker_buchsen.html

    Bemerkung: vergoldete Kontakte, sehr gute Zugentlastung , sehr stabil

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 3.95€



    Komponente 13:

    Lampenkopf, Alu-Legierung: AlMgSi1

    Bezugsquelle: Feinmechanikwerkstatt

    Bemerkung: Außendurchmesser: 69mm, Tiefe: 30mm, Sonstige Abmessungen siehe Entwurfsskizze

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: Verhandlungssache



    Komponente 14:

    Ersatzglas für Scurion-Lampe

    Bezugsquelle:
    http://www.speleo-concepts.com/assets/s2...o-concepts.com/[/URL]

    Bemerkung: Durchmesser: 69mm, Stärke: 5mm

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 8.75€



    Komponente 15:

    O-Ring (Viton ) + Zentrierring (Alu)

    Bezugsquelle:
    http://www.novotek-vakuum.de/cgi-bin/sho...artnr=1096&all=

    Bemerkung: DN40-KF

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 4.60€



    Komponente 16:

    Alu-Stiftkühlkörper, ICK S R 54 X 20

    Bezugsquelle:
    http://www.fischerelektronik.de/web_fisc...20_/index.xhtml

    Bemerkung: Durchmesser: 54mm, Tiefe: 20mm

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 4.99€



    Komponente 17:

    Blueglobe Kabelverschraubung, M12 x 1,5

    Bezugsquelle:
    http://shop.strato.de/epages/61162903.sf...22BG%20212ms%22

    Bemerkung: (IP68, 15bar), Vorsicht: Metrisches Feingewinde,

    Anzahl: 4

    Einzelpreis: 3.60€



    Komponente 18:

    Wasserdichtes Gehäuse für Li-Ion-Akku, AT 48 70 90 POM, (IP68, 20bar)

    Bezugsquelle:
    http://shop.strato.de/epages/61162903.sf...0%2090%20POM%22

    Bemerkung: IP68, 20bar

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 39.00€



    Komponente 19:

    O-Ring für Akkugehäuse, 38.7 x 2.65 mm

    Bezugsquelle:
    http://shop.strato.de/epages/61162903.sf...oducts/44500047

    Bemerkung:

    Anzahl: 2

    Einzelpreis: 0.89€



    Komponente 20:

    Li-Ion-Akku (4S1P) inkl. Kabel + Schutzschaltung, 4x Samsung ICR18650-26 Markenzellen,

    Bezugsquelle:
    http://www.batt-energy-shop.de/product_i...-mit-kabel.html

    Bemerkung: Nennspannung: 14.8V, Ladeschlußspannung: 16.8V, Entladeschlußspannung: 11.0V, Max. Entladestrom: 4.0A, Max. Ladestrom: 2.6A, Kapazität: 2600mAh (bzw. ca. 38Wh),

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 39.95€



    Komponente 21:

    Ladegerät für 4-zellige Li-Ion-Akkus, Mascot 2241,

    Bezugsquelle:
    http://www.batt-energy-shop.de/product_i...-4-zellen-.html

    Bemerkung:

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 42.95€



    Komponente 22:

    Hochviskoses O-Ring-Fett, Baysilone von Bayer

    Bezugsquelle:
    http://www.pansport.de/shop/product_info...likonpaste.html

    Bemerkung: Menge: 35g

    Anzahl: 1

    Einzelpreis: 5.95€



    Sonstiges:
    Diverse V2A-Schrauben, Muttern und U-Scheiben, Aluprofile, Lötzinn, Schrumpfschläuche, Kabelbinder….
     
  21. Der Vollständigkeit halber nachfolgend noch eine Skizze des Lampenkopfs mit Bemaßung.

    Die Gewinde zum Festschrauben von Frontscheibe, Led-Platine, Stiftkühlkörper und Kabelverschraubung sind nicht eingezeichnet.
    Die Fräsung für die Auflagefläche der Kabelverschraubung ist ebenfalls nicht eingezeichnet.

    Es gibt zwar auch eine CAD-Zeichnung von der cavelight 3000, aber die stammt noch aus der Planungsphase und ist nicht mehr ganz aktuell.

    [​IMG]
     
  22. Die Abmessungen des druckdichten Akku-Gehäuses von Alunatec (20bar):

    [​IMG]
     
  23. Der nächste Beitrag gehört nicht wirklich zur Bastellampe, aber quasi zum Gesamtkonzept der Helmbeleuchtung.

    Da jede Lampe mal kaputt gehen kann, finde ich persönlich es gut, wenn man direkt am Helm Ersatzlampen hat, und nicht am Seil hängend bei kompletter Dunkelheit im Schleifsatz nach Backup-Lampen kruschteln muß.


    Folgende Vorgaben sollten die neuen Ersatzlampen erfüllen:

    - Wasserdicht nach IP68

    - Geringes Gewicht (die cavelight 3000 ist ja eigentlich bereits schwer genug)

    - Geringer Durchmesser, damit die Lampe bei Engstellen möglichst wenig stört

    - qualitativ sehr hochwertig (zuverlässig)

    - Verwendung moderner, hocheffizienter Leds (CREE XM-L oder CREE XP-G)

    - Spannungsversorgung über einzelnen AA-NiMh-Akku (z.B. Eneloops)

    - Mehrere Dimmstufen

    - „Notfalldimmstufe“ mit sehr geringer Helligkeit, dafür aber mit sehr langer Akkulaufzeit


    Da Lampen des Herstellers Fenix in Bezug auf Qualität einen sehr guten Ruf haben, habe ich mich für folgende Lampe entschieden:

    Fenix LD12:


    http://www.fenixlight.de/pages/ld-serie/ld12.php


    Led: CREE XP-G R5


    Dimmstufen:

    115 Lumen (2h 9min)
    60 Lumen (4h 51min)
    27 Lumen (11h)
    3 Lumen (97h) mit einem einzelnen AA NiMh-Akku

    Die angegebenen Lumenwerte werden von Fenix nach ANSI/NEMA FL1-Standard gemessen, entsprechen also im Gegensatz zu den Angaben vieler anderer Hersteller der Realität.


    Wasserdicht gemäß IP68


    Gewicht laut Hersteller: 54g
    Gewicht ohne Halteklammer (selbst gewogen): 50g

    Gewicht ohne Halteklammer (mit Eneloop-Akku): 76g


    Außendurchmesser: 21,5mm


    Die Lampe verfügt über 2 Schalter. Mit einem Schalter wird die Lampe nur ein- und aus geschaltet. Mit dem anderen Schalter werden die Dimmstufen durchgeschaltet.


    Preis: ca. 50EUR


    Nachfolgend ein paar Bilder der Lampen:

    [​IMG]


    Und so schaut es dann am Helm aus:

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  24. Nachfolgend noch ein paar "Ausleuchtungsbilder" der cavelight 3000 in einer alpinen Groß-Höhle (kein "Fremdlicht" von anderen Lampen vorhanden):

    [​IMG]


    Zum Vergleich aber zunächst ein Bild welches mit einer der beiden Fenix Ld12 ausgeleuchtet wurde (höchste Dimmstufe, 115 Lumen).
    Im Bildhintergrund zum Größenvergleich ein Höhlenkamerad.

    [​IMG]


    Gleiche Kameraposition, direkt anschließend aufgenommen, diesmal aber cavelight 3000 (max. Leistung).
    Der Helligkeitsunterschied zur Fenix Ld12 war in der Realität noch deutlich stärker.

    [​IMG]



    Und noch ein paar Impressionen der cavelight 3000 in der alpinen Großhöhle:

    [​IMG]

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    [​IMG]
     
    Zuletzt bearbeitet: 26. September 2012
  25. SirLancelot

    SirLancelot Light potato

    Dabei seit
    06/2008
    Ein sehr schönes Projekt. Meinen Kompliment. Man sieht sehr deutlich das du das Projekt nach deinen Bedürfnissen umgesetzt hast.


    Die Bilder in der Höhle - :love:
     
    Zuletzt bearbeitet: 27. September 2012
  26. SirLancelot

    SirLancelot Light potato

    Dabei seit
    06/2008
    .
     
    Zuletzt bearbeitet: 27. September 2012