Ich schreibe zur Zeit an einem kleinen Lampen-Wiki oder wie man es nennen mag. Wenn es fertig ist werde ich zusehen das es hier irgendwie fest eingebunden wir @rik hatte ja gesagt er will mal schauen ob das geht. Das ganze tippe ich in Word, was ich hier einfüge ist natürlich etwas chaotisch dient aber nur dazu das ich frühzeitig (sinnvolle) Kommentare von Euch einfügen kann. Hier der erste Teil mit paar Grundlagen zu Leuchtmitteln und wichtigen Größen:
Generelle Grundlagen
Einheiten die wichtig sind:
Lumen(lm):
Lumen ist die Einheit des Lichtstromes. Quasi die Leistung welche die Lampe abstrahlt, jedoch nicht im physikalischen Sinne denn in der Lichttechnik wird jede Einheit mit der sogenannten V(Lambda)-Kurve bewertet die der standardisierten Empfindlichkeit des menschlichen Auges bei Tagessehen entspricht. Somit bedeutet eine höhere Lumenzahl (oder Lux, Candela etc.) dass mehr für das Auge verwertbare Lichtleistung abgestrahlt wird. Ohne diese Bewertung hätte man die Strahlungsleistung in Watt welche eine physikalische Größe ist und angibt wieviel Leistung abgestrahlt wird. Eine Glühlampe hat einen hervorragenden Wirkungsgrad was die Strahlungsleistung angeht, nur leider strahlt sie fast alles im Infraroten ab was das Auge nicht verwerten kann. Der Lichttechnische Wirkungsgrad ist deshalb sehr gering.
Lumen/W (lm/W):
Das Verhältnis aus abgegebenen Lichtstrom und aufgenommener elektrischer Leistung bezeichnet die Effizienz des Systems. Dabei ist das zentrale Element die LED selbst, jedoch entstehen auch an der Optik Verluste (bei kleinen Optiken bezogen auf die LED-Fläche oft 20%!) und in der für den Betrieb notwendigen Elektronik (meist < 10%).
Lux (lx):
Die Beleuchtungsstärke in Lux gibt an wie viel Licht auf einer Fläche ankommt. Quasi die Lichtmenge welche pro Fläche dort auftrifft. Physikalisch wäre das W/m². Es ist die Helligkeit auf einer Fläche, wie hell diese erscheint gibt die nächste Größe an:
Candela pro m²:
Diese Größe (cd/m², Leuchtdichte) sagt direkt wie hell etwas aussieht denn sie gibt an wie viel Lichtstrom von einem Flächenelement der Quelle (das kann auch eine angestrahlte Fläche sein, nicht nur ein aktiver Strahler) in ein Raumwinkelelement abgegeben wird. Letzten Endes also wie viel Licht von dort auf dem Auge ankommt, und nur das nehmen wir ja war. Auf eine Lampe bezogen bedeutet die Größe „wie hell macht es jeder Quadratmillimeter der Lampe bei mir“. Es ist die einzige Größe die wir direkt sehen können!
Addiert man also all die Anteile einer Lampe so landet man bei
Candela (cd, Lichtstärke). Dies gibt also an wir viel Licht ein Strahler (z.B. eine Lampe) in meine Richtung wirft. Also sagt mir diese Größe wie Hell es die Lampe bei mir macht wenn ich eine bestimmte Entfernung zu ihr habe. Der Unterschied zur vorherigen Größe zeigt sich gut beim Rücklicht: Ein Rücklicht mit sagen wir mal 10 Candela hat bei 10-facher Fläche nur 1/10 der Leuchtdichte. Es erscheint dunkler, blendet also nicht so sehr. Da es aber genauso viel Licht in mein Auge wirft wie das kleine kann ich es unter identischen Bedingungen auch aus genauso weiter Entfernung sehen (solange der Hintergrund deutlich dunkler ist).
1. Das Leuchtmittel
Auch wenn mittlerweile ausschließlich Leuchtdioden eingesetzt werden ist es vielleicht für manche ganz interessant zu wissen was früher so alles verbaut wurde.
Glühlampen:
Standardglühlampen wie sie in alten Rädern als Dynamolampen verbaut wurden kamen so auf etwa 5-10 lm/W, vorne waren 2,4 W verbaut. Am Ende der Lampe kamen vermutlich rund 10 lm raus (habe ich aber nie gemessen!). Standard Halogenlampen bewegten sich ebenfalls so bei etwa 10 lm/w, IRC-Reflektorlampen habe ich 2007 sogar einmal sehr ausgiebig gemessen. Bei 12V waren es nur rund 17 lm/W (aber eben schon mit Reflektor und Vorschaltelektronik gab es ja auch nicht, also Lampenwirkungsgrad). Bei 16V, also vollem LiIon-Pack mit 4s kommt man auf 25 lm/W. Diese Werte erreichten auch die Halogen-Topmodelle von Lupine und stellten so wirklich die Spitze der Glühlampentechnik dar!
Gasentladungslampen:
Hier erzeugt ein Lichtbogen das Licht. Vorteil ist der Wirkungsgrad welcher im Bereich von 50-100 lm/W liegt und von LEDs erst mit Erscheinen der Cree XM-L ernsthafte „Gegner“ hat. Berühmtester Kandidat ist wohl die DxS/R seie aus den „Xenon“-Autoscheinwerfern. Dabei handelt es sich tatsächlich aber nicht um eine Xenonlampe sondern eine klassische Metalldampflampe welche Xenon nur als kleinen Bestandteil enthält.
Vorteil ist die extrem hohe Leistungsdichte, der gesamte Lichtstrom wird von einen winzigen Lichtbogen abgegeben. Im Falle der Kfz-Lampen über 3000lm von einem 4mm Lichtbogen, der extremste Kandidat meiner Sammlung von Fahrradlampen ist eine Osram HTI 1500W mit 160 000lm aus einem 7mm langen Lichtbogen. Damit lässt sich der Lichtstrom auch mit im Verhältnis kleinen Reflektoren sehr gut bündeln. Hier liegt das größte Defizit der LEDs.
Nachteile gibt es reichlich: Aufwändige Elektronik nötig, Hochlaufzeit, Abkühlung vor Neustart (teilweise), Dimmung nur bedingt möglich. Selbstbau ist nur sehr erfahrenen Bastlern vorbehalten, wirklich brauchbare Fahrradlampen gab es nie mit Gasentladungslampen da in selbigen immer eine DC-Versorgung der Leuchtmittel erfolgte was sich nachweislich zum großen Nachteil der verwendeten Leuchtmittel auswirkte (Lichtfarbe und Effizienz).
Leuchtdioden:
Grundsätzlich ergeben sich die größten Unterschiede in der Verwendung von LEDs im Vergleich zu den bekannten Glühlampen. Erst einmal muss aufgrund der stark nichtlinearen Kennlinie der Strom durch die LED zwingend begrenzt werden. Dann benötigt die LED einen Kühlkörper da nur ca. 30% der zugeführten Leistung abgestrahlt wird, der Rest wird in Wärme umgewandelt und muss so gut abgeführt werden das die LED-Temperatur unter etwa 120°C bleibt, für effizienten Betrieb eher unter 70°C.
Die Effizienz der LED sinkt mit steigender Temperatur und steigendem Strom (ab etwa 5% des Maximalstromes, bei ganz kleinen Strömen sinkt der Wirkungsgrad auch wieder!). Von daher ist Dimmung nicht nur möglich sondern sogar sehr effizient!
Wichtige LED-Parameter:
Vorsicht! Oft sind die Parameter für möglichst ideale Betriebspunkte angegeben welche man ja so nicht oder nur selten nutzt. Beispielsweise wird die angegebene Effizienz bei maximaler Leistung nicht erreicht. Auch werden Werte manchmal bei 25 °C angegeben, mittlerweile aber auch bei realistischeren 70 °C. Für detaillierte Informationen muss man das Datenblatt auswerten (können).
Maximaler Betriebsstrom (A):
Eben der maximale Betriebsstrom der LED wobei zu beachten ist unter welchen thermischen Bedingungen man diesen auch einprägen darf! Dieser Strom muss unbedingt eingehalten werden deshalb sind auch Konstantstromquellen zu verwenden und keine Spannungsquellen!
Vorwärtsspannung (Uf):
Typischer Wert der Spannung bei entsprechendem Strom, wichtig für die Auslegung der Stromquelle. Keinesfalls als Betriebsspannung zu verstehen, die Spannung steigt mit höher werdendem Strom leicht an und fällt mit steigender Temperatur.
Sperrspannung:
Wert der maximal „falsch“ gepolten Spannung welche an der LED zulässig ist. Liegt diese über der Vorwärtsspannung kann man antiparallele LEDs direkt an Wechselstrom (Dynamo) ohne Gleichrichter hängen.
Maximaler Lichtstrom (lm max.):
Eben was an Licht rauskommt. Vor allem für das Marketing von höchster Bedeutung.
Wirkungsgrad (lm/W):
Was macht die LED aus meiner zugeführten elektrischen Leistung. Nicht nur wichtig weil gute Effizienz Einsparung beim Akku mit sich bringt sondern weil eine hohe Effizienz weniger Kühlaufwand und damit kleinere, leichtere Lampenköpfe bedeutet.
Chipgröße:
Ja, diese Größe ist wichtig! Will man das Licht gerichtet abstrahlen ist die Größe der Optik und somit der Lampe von der Chipgröße abhängig. Anders gesagt: Eine winzige Optik mag mit einer Osram Oslon SSL80 einen schönen Spot machen, mit einer XM-L dominiert das Streulicht. Also ist kleiner besser für Fahrradlampen/Taschenlampen.
Farbtemperatur des Lichtes in K:
Etwas schwierige Größe. Es wird das Licht in der Lichtfarbe mit einem Temperaturstrahler verglichen. Niedrige Farbtemperaturen entsprechen eher rötlichem Licht (schwach glühender Glühdraht einer Glühlampe der eben kälter ist), hohe einem sehr weißen Licht. Glühlampen erreichen maximal rund 3000 K. Schwierig zu interpretieren weil ein Temperaturstrahler eben ein kontinuierliches Spektrum hat und somit alle Farben innerhalb dieses Spektrums sehr gleichmäßig wiedergegeben werden. Aber selbst ein Leuchtmittel mit nur einer Linie im Spektrum hat ja eine Farbtemperatur obwohl nur monochromes Sehen möglich ist und gar keine Farbe erkannt werden kann. Also kann Licht einer Farbtemperatur völlig verschieden sein sofern es sich nicht um Temperaturstrahler (Glühlampen) handelt.
Farbwiedergabeindex (CRI, colour rating index):
Hier geht es um die Farbwiedergabe, der Wert reicht bis 100 (Glühlampe), ab etwa 80 kann man völlig damit leben. Viele kaltweiße LEDs liegen bei etwa 70. Der allgemeine CRI sagt aber nur sehr bedingt etwas aus welche Farben wie wiedergegeben werden. Von daher kann auch das Licht einer Lampe mit gleicher Farbtemperatur und gleichem CRI noch verschieden aussehen.
Generelle Grundlagen
Einheiten die wichtig sind:
Lumen(lm):
Lumen ist die Einheit des Lichtstromes. Quasi die Leistung welche die Lampe abstrahlt, jedoch nicht im physikalischen Sinne denn in der Lichttechnik wird jede Einheit mit der sogenannten V(Lambda)-Kurve bewertet die der standardisierten Empfindlichkeit des menschlichen Auges bei Tagessehen entspricht. Somit bedeutet eine höhere Lumenzahl (oder Lux, Candela etc.) dass mehr für das Auge verwertbare Lichtleistung abgestrahlt wird. Ohne diese Bewertung hätte man die Strahlungsleistung in Watt welche eine physikalische Größe ist und angibt wieviel Leistung abgestrahlt wird. Eine Glühlampe hat einen hervorragenden Wirkungsgrad was die Strahlungsleistung angeht, nur leider strahlt sie fast alles im Infraroten ab was das Auge nicht verwerten kann. Der Lichttechnische Wirkungsgrad ist deshalb sehr gering.
Lumen/W (lm/W):
Das Verhältnis aus abgegebenen Lichtstrom und aufgenommener elektrischer Leistung bezeichnet die Effizienz des Systems. Dabei ist das zentrale Element die LED selbst, jedoch entstehen auch an der Optik Verluste (bei kleinen Optiken bezogen auf die LED-Fläche oft 20%!) und in der für den Betrieb notwendigen Elektronik (meist < 10%).
Lux (lx):
Die Beleuchtungsstärke in Lux gibt an wie viel Licht auf einer Fläche ankommt. Quasi die Lichtmenge welche pro Fläche dort auftrifft. Physikalisch wäre das W/m². Es ist die Helligkeit auf einer Fläche, wie hell diese erscheint gibt die nächste Größe an:
Candela pro m²:
Diese Größe (cd/m², Leuchtdichte) sagt direkt wie hell etwas aussieht denn sie gibt an wie viel Lichtstrom von einem Flächenelement der Quelle (das kann auch eine angestrahlte Fläche sein, nicht nur ein aktiver Strahler) in ein Raumwinkelelement abgegeben wird. Letzten Endes also wie viel Licht von dort auf dem Auge ankommt, und nur das nehmen wir ja war. Auf eine Lampe bezogen bedeutet die Größe „wie hell macht es jeder Quadratmillimeter der Lampe bei mir“. Es ist die einzige Größe die wir direkt sehen können!
Addiert man also all die Anteile einer Lampe so landet man bei
Candela (cd, Lichtstärke). Dies gibt also an wir viel Licht ein Strahler (z.B. eine Lampe) in meine Richtung wirft. Also sagt mir diese Größe wie Hell es die Lampe bei mir macht wenn ich eine bestimmte Entfernung zu ihr habe. Der Unterschied zur vorherigen Größe zeigt sich gut beim Rücklicht: Ein Rücklicht mit sagen wir mal 10 Candela hat bei 10-facher Fläche nur 1/10 der Leuchtdichte. Es erscheint dunkler, blendet also nicht so sehr. Da es aber genauso viel Licht in mein Auge wirft wie das kleine kann ich es unter identischen Bedingungen auch aus genauso weiter Entfernung sehen (solange der Hintergrund deutlich dunkler ist).
1. Das Leuchtmittel
Auch wenn mittlerweile ausschließlich Leuchtdioden eingesetzt werden ist es vielleicht für manche ganz interessant zu wissen was früher so alles verbaut wurde.
Glühlampen:
Standardglühlampen wie sie in alten Rädern als Dynamolampen verbaut wurden kamen so auf etwa 5-10 lm/W, vorne waren 2,4 W verbaut. Am Ende der Lampe kamen vermutlich rund 10 lm raus (habe ich aber nie gemessen!). Standard Halogenlampen bewegten sich ebenfalls so bei etwa 10 lm/w, IRC-Reflektorlampen habe ich 2007 sogar einmal sehr ausgiebig gemessen. Bei 12V waren es nur rund 17 lm/W (aber eben schon mit Reflektor und Vorschaltelektronik gab es ja auch nicht, also Lampenwirkungsgrad). Bei 16V, also vollem LiIon-Pack mit 4s kommt man auf 25 lm/W. Diese Werte erreichten auch die Halogen-Topmodelle von Lupine und stellten so wirklich die Spitze der Glühlampentechnik dar!
Gasentladungslampen:
Hier erzeugt ein Lichtbogen das Licht. Vorteil ist der Wirkungsgrad welcher im Bereich von 50-100 lm/W liegt und von LEDs erst mit Erscheinen der Cree XM-L ernsthafte „Gegner“ hat. Berühmtester Kandidat ist wohl die DxS/R seie aus den „Xenon“-Autoscheinwerfern. Dabei handelt es sich tatsächlich aber nicht um eine Xenonlampe sondern eine klassische Metalldampflampe welche Xenon nur als kleinen Bestandteil enthält.
Vorteil ist die extrem hohe Leistungsdichte, der gesamte Lichtstrom wird von einen winzigen Lichtbogen abgegeben. Im Falle der Kfz-Lampen über 3000lm von einem 4mm Lichtbogen, der extremste Kandidat meiner Sammlung von Fahrradlampen ist eine Osram HTI 1500W mit 160 000lm aus einem 7mm langen Lichtbogen. Damit lässt sich der Lichtstrom auch mit im Verhältnis kleinen Reflektoren sehr gut bündeln. Hier liegt das größte Defizit der LEDs.
Nachteile gibt es reichlich: Aufwändige Elektronik nötig, Hochlaufzeit, Abkühlung vor Neustart (teilweise), Dimmung nur bedingt möglich. Selbstbau ist nur sehr erfahrenen Bastlern vorbehalten, wirklich brauchbare Fahrradlampen gab es nie mit Gasentladungslampen da in selbigen immer eine DC-Versorgung der Leuchtmittel erfolgte was sich nachweislich zum großen Nachteil der verwendeten Leuchtmittel auswirkte (Lichtfarbe und Effizienz).
Leuchtdioden:
Grundsätzlich ergeben sich die größten Unterschiede in der Verwendung von LEDs im Vergleich zu den bekannten Glühlampen. Erst einmal muss aufgrund der stark nichtlinearen Kennlinie der Strom durch die LED zwingend begrenzt werden. Dann benötigt die LED einen Kühlkörper da nur ca. 30% der zugeführten Leistung abgestrahlt wird, der Rest wird in Wärme umgewandelt und muss so gut abgeführt werden das die LED-Temperatur unter etwa 120°C bleibt, für effizienten Betrieb eher unter 70°C.
Die Effizienz der LED sinkt mit steigender Temperatur und steigendem Strom (ab etwa 5% des Maximalstromes, bei ganz kleinen Strömen sinkt der Wirkungsgrad auch wieder!). Von daher ist Dimmung nicht nur möglich sondern sogar sehr effizient!
Wichtige LED-Parameter:
Vorsicht! Oft sind die Parameter für möglichst ideale Betriebspunkte angegeben welche man ja so nicht oder nur selten nutzt. Beispielsweise wird die angegebene Effizienz bei maximaler Leistung nicht erreicht. Auch werden Werte manchmal bei 25 °C angegeben, mittlerweile aber auch bei realistischeren 70 °C. Für detaillierte Informationen muss man das Datenblatt auswerten (können).
Maximaler Betriebsstrom (A):
Eben der maximale Betriebsstrom der LED wobei zu beachten ist unter welchen thermischen Bedingungen man diesen auch einprägen darf! Dieser Strom muss unbedingt eingehalten werden deshalb sind auch Konstantstromquellen zu verwenden und keine Spannungsquellen!
Vorwärtsspannung (Uf):
Typischer Wert der Spannung bei entsprechendem Strom, wichtig für die Auslegung der Stromquelle. Keinesfalls als Betriebsspannung zu verstehen, die Spannung steigt mit höher werdendem Strom leicht an und fällt mit steigender Temperatur.
Sperrspannung:
Wert der maximal „falsch“ gepolten Spannung welche an der LED zulässig ist. Liegt diese über der Vorwärtsspannung kann man antiparallele LEDs direkt an Wechselstrom (Dynamo) ohne Gleichrichter hängen.
Maximaler Lichtstrom (lm max.):
Eben was an Licht rauskommt. Vor allem für das Marketing von höchster Bedeutung.
Wirkungsgrad (lm/W):
Was macht die LED aus meiner zugeführten elektrischen Leistung. Nicht nur wichtig weil gute Effizienz Einsparung beim Akku mit sich bringt sondern weil eine hohe Effizienz weniger Kühlaufwand und damit kleinere, leichtere Lampenköpfe bedeutet.
Chipgröße:
Ja, diese Größe ist wichtig! Will man das Licht gerichtet abstrahlen ist die Größe der Optik und somit der Lampe von der Chipgröße abhängig. Anders gesagt: Eine winzige Optik mag mit einer Osram Oslon SSL80 einen schönen Spot machen, mit einer XM-L dominiert das Streulicht. Also ist kleiner besser für Fahrradlampen/Taschenlampen.
Farbtemperatur des Lichtes in K:
Etwas schwierige Größe. Es wird das Licht in der Lichtfarbe mit einem Temperaturstrahler verglichen. Niedrige Farbtemperaturen entsprechen eher rötlichem Licht (schwach glühender Glühdraht einer Glühlampe der eben kälter ist), hohe einem sehr weißen Licht. Glühlampen erreichen maximal rund 3000 K. Schwierig zu interpretieren weil ein Temperaturstrahler eben ein kontinuierliches Spektrum hat und somit alle Farben innerhalb dieses Spektrums sehr gleichmäßig wiedergegeben werden. Aber selbst ein Leuchtmittel mit nur einer Linie im Spektrum hat ja eine Farbtemperatur obwohl nur monochromes Sehen möglich ist und gar keine Farbe erkannt werden kann. Also kann Licht einer Farbtemperatur völlig verschieden sein sofern es sich nicht um Temperaturstrahler (Glühlampen) handelt.
Farbwiedergabeindex (CRI, colour rating index):
Hier geht es um die Farbwiedergabe, der Wert reicht bis 100 (Glühlampe), ab etwa 80 kann man völlig damit leben. Viele kaltweiße LEDs liegen bei etwa 70. Der allgemeine CRI sagt aber nur sehr bedingt etwas aus welche Farben wie wiedergegeben werden. Von daher kann auch das Licht einer Lampe mit gleicher Farbtemperatur und gleichem CRI noch verschieden aussehen.
