Hochleistungs-LED-Kopflampe

Hier werden Fragen zu LED-Grundlagen beantwortet...

Moderator: T.Hoffmann

nookie88
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Mo, 15.09.08, 13:07

Hi,

ich möchte mich kurz vorstellen. Ich heiße Björn, bin blutjunge 20 Jahre und möchte (erstmal nur theoretisch) eine Hochleistungs-LED-Kopflampe entwickeln. Diese Aufgabe wurde mir im Rahmen eines Praktikums gegeben, obwohl ich eigentlich überhaupt keine Ahnung von der Elektrik habe^^ Das ist quasi eine Art Wurf ins kalte Wasser.

Anforderungen an diese Lampe:

-Die Kopflampe soll zunächst einmal robust sein. D.h. sie soll auch Stürze aus geringen Höhen aushalten
-Die Lampe soll den unmittelbaren Arbeitskreis ( ca. 5m ) ausleuchten
-Sie soll auch bei Minusgraden funktionieren (wichtig bei der Wahl der Energiequelle)
-Sie soll natürlich mobil sein. D.h. es kommen nur Akkus oder Batterien in Frage
-Die Brenndauer sollte ca. 5h betragen
-Extra: Sollte eine Art Dinner besitzen damit man seinen Gegenüber nicht blendet, wenn man ihn anschaut

Das sind also die Anforderungen an meine Lampe, die ich mir überlegt hab. Ich hab mich natürlich auch schon ein bisschen in die Materie eingelesen.

Das Problem ist, dass mir jegliche Erfahrungen fehlt. Ich lese immer was von 200Lumen/Watt oder auch von der Farbtemperatur, aber ich kann mir absolut nichts darunter vorstellen.

Ich hab z.B. herausgefunden, dass die Cree XR-E Q5 die hellste LED auf dem Markt ist. ( Korrigiert mich, wenn ich falsch liege ) Diese LED wäre also ein Anfang. Jetzt ist mir allerdings vollkommen unbekannt, ob ich eine LED brauche oder zwei oder vllt. sogar noch viel mehr um meinen Arbeitsbereich auszuleuchten.

Vielleicht könntet ihr mir diese Frage zunächst einmal beantworten.

Also welche und wie viele LEDs brauche ich um einen unmittelbaren Arbeitskreis (120° Streuwinkel, ist das möglich?)halbwegs gleichmäßig auszuleuchten?
Alle anderen Fragen wie z.b. welche Energiequelle man dafür benutzt hängen ja davon ab, wenn ich das richtig gelesen habe.

Ich hoffe, ihr könnt mir helfen. Wenn ich mich irgendwo unverständlich ausgedrückt habe, meldet euch bitte.


MfG nookie
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Mo, 15.09.08, 13:46

Such mal bitte das Thema von Stollnfex. Er hat bereits zwei Bergbau-Helmleuchten hier vorgestellt. Die Verarbeitung ist 1A und die Leistung der Leuchte auch prima. Wenn du dann noch Fragen hast kannst du ja dann nochmal Fragen.
nookie88
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Mo, 15.09.08, 14:04

Danke für die schnelle Antwort.

Ich hab zumindest die zweite Lampe gefunden, muss aber sagen, dass ich mir da etwas anderes vorstelle.

Am liebsten würd ich nen stink normalen Helm nehmen und da die Lampe vorn und die Energiequelle hinten integrieren. D.h. Ich habe nicht soviel Platz für große Kühlkonstrukte a la Wasserkühlung. Auch der Akku ist mir zu groß.

Eigentlich steht immer noch die Ausgangsfrage, ob eine Cree Q5 reicht oder obs mehr seien müssen für meine Anwendung? Oder doch lieber die P4 nehmen?

Vom KSQ hab ich keine Ahnung. Ist der erst zu wählen, wenn ich auch meine LEDs gewählt hab? Gibts die universal?

MfG nookie
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Mo, 15.09.08, 14:31

Drehen wir es mal anders rum:
Die Brenndauer sollte ca. 5h betragen
Am liebsten würd ich nen stink normalen Helm nehmen und da die Lampe vorn und die Energiequelle hinten integrieren.
Diese Aussagen schränken das Vorhaben doch schon mal sehr stark ein.
Die Lampe soll den unmittelbaren Arbeitskreis ( ca. 5m ) ausleuchten
Das ist aber sehr 'relativ'. Um eine vernünftige Aussage dazu zu treffen, bräuchte man schon eine Angabe in LUX, oder eine dazu passende 'Vergleichslichtquelle' (Taschenlampe/Halogenstrahler...)
Ob Cree Q5 oder Seoul P4 spielt zunächst mal fast keine Rolle. Irgendwie Kühlen ist aber zwingend erforderlich (Wasserkühlung muss aber nicht sein). Auch wirst Du wohl um irgendeine Optik (Linse) nicht rumkommen. Ich würde es mit 3 LEDs bei ca. 350mA versuchen, da ist die Kühlung noch halbwegs einfach zu bewerkstelligen. Damit der Helm nicht zu schwer wird, sollten IMHO max. 200g an Energiequelle mitgenommen werden. Als Energiequelle würde da IMHO fast nur ein LiPo-Akku in Frage kommen (d.h. Unterspannungsabschaltung ist essenziell!). Bei 5h Brenndauer mit 3x350mA wäre ein 3s Akku (ca. 11V/2Ah) erforderlich. Dazu passende KSQs/Schaltungen/Bau-Hinweise gibt es im Forum reichlich (isb. bei Fahrrad-Lampen). Je nach erforderlicher 'Ausleuchtung' reichen aber auch eine oder zwei LEDs aus.
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Mo, 15.09.08, 18:13

nookie88 hat geschrieben: Am liebsten würd ich nen stink normalen Helm nehmen und da die Lampe vorn und die Energiequelle hinten integrieren.
Spricht im Grunde nichts gegen, allerdings musst du dir um Kühlung und Gewicht des Akkus Gedanken machen. 1KG aufm Kopf könnte bei nem normalen Helm etwas schmerzhaft werden auf Dauer
D.h. Ich habe nicht soviel Platz für große Kühlkonstrukte a la Wasserkühlung. Auch der Akku ist mir zu groß.
Die Wasserkühlung nimmt weniger Platz weg, als wenn du jetzt mit passiv Kühlern anfangen würdest. Außerdem ist das ganze damit auch deutlich leichter. Im Grunde ist es ja nur Kühlflüssigkeit in ner Dose. Ist ja nicht wie beim PC mit Heatpipe und Radiator und pipapo. Die Größe des Akkus hängt dann von Verbrauch und Leuchtdauer ab.
Eigentlich steht immer noch die Ausgangsfrage, ob eine Cree Q5 reicht oder obs mehr seien müssen für meine Anwendung? Oder doch lieber die P4 nehmen?
Kommt wie schon mein Vorredner sagte auf die Helligkeit an die du erreichen willst. Wie gesagt, eine Angabe in Lux, Lumen, cd oder ein Vergleichswert wäre da hilfreich
Vom KSQ hab ich keine Ahnung. Ist der erst zu wählen, wenn ich auch meine LEDs gewählt hab? Gibts die universal?
Eine KSQ sorgt dafür, dass die Lampe auch bei schwächer werdendem Akku gleich hell bleibt. Die KSQ sollte man erst wählen wenn man weiß welche LEDs, wie die Versorgung aussieht und auf wieviel Strom die LEDs laufen sollen
nookie88
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Mo, 15.09.08, 18:31

Hm...eine Vergleichslichtquelle

http://www.*********.de/ftopic3378.html Wenn man diesem Link folgt kommt man zu einem Taschlampentest und da gibts ein Bild das heißt Lichtkegel. Ich stell mir vor, dass mein Lichtsystem die Helligkeit zwischen dem kleinen starken Lichtkegel und dem großen nicht so stark beleuchteten Bereich liegt.

Quasi muss es das doch mit einer Optik zu schaffen sein oder? Den maximalen Abstrahlwinkel find ich schon sehr gut.

Und wieso muss man jetzt LiPo Akkus benutzen? Mit 3 Alkaline Batterien in Reihe schafft man 4,5V/2500mAh. Damit kann man doch eine weiße Cree Q5 bei 500mA theoretisch 5h betreiben und brauch sogar noch nen Vorwiderstand wegen der zu hohen Spannung oder hab ich das falsch verstanden im Theorieteil?

MfG nookie
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Scorpion
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Mo, 15.09.08, 18:59

nookie88 hat geschrieben:-Sie soll auch bei Minusgraden funktionieren (wichtig bei der Wahl der Energiequelle)
ich glaub alklines haben da n paar probleme, wie es allerdings bei LiPos ist weis ich nicht. auserdem sind die alklines nicht hochstromfähig, könnte sein, dass 0,5 A noch gehn aber sobald du mehr strom wegen merh LEDS wegen merh helligkeit benötigst wirds wahrscheinlich eng.
nookie88
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Di, 16.09.08, 07:07

Scorpion hat geschrieben:
ich glaub alklines haben da n paar probleme, wie es allerdings bei LiPos ist weis ich nicht. auserdem sind die alklines nicht hochstromfähig, könnte sein, dass 0,5 A noch gehn aber sobald du mehr strom wegen merh LEDS wegen merh helligkeit benötigst wirds wahrscheinlich eng.

Laut dieser Quelle http://www.newtecs.info/leds.html können Alkalines auch Minusgrade ab. Allerdings steht da auch, dass sie nicht hochstromfähig sind. Ich dachte, wenn da drauf steht 2500mAh schaffen sie max. 2500mA für eine Stunde. Dem scheint also nicht so zu sein.

Vllt. sollten wir die Sache anderes angehen.

Ich sag einfach mal ich hab Platz für maximal 4xAA Batterien/Akkus. Diese sollen auch bei Minusgraden funktionieren.

Was kann ich damit betreiben um möglichst viel Licht in meinen Arbeitskreis zu bekommen?

MfG nookie
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Di, 16.09.08, 10:08

Da ja 5h anvisiert sind, ist die Hochstromfähigkeit ja nicht das Problem. Aber in genau Deinem Link steht auch:
Aufgrund der extrem hohen Gesamtlebensdauer der Akkus ist deren Einsatz fast immer wirtschaftlich sinnvoll und der Einwegbatterie vorzuziehen.
Wegen Minus-Temp.: Alle Akkus/Batterien haben da Leistungseinbußen/geringere Spannung. Das kann man aber mit einer KSQ halbwegs 'auffangen'. Vorteil von LiPo relativ zu NiMh/Alkali: Höhere Spannung pro Zelle + höherer Energieinhalt in Wh/g; Nachteil: Teurer, Unterspannungsabschaltung erforderlich.
nookie88
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Di, 16.09.08, 10:39

Leider sind die Nachteile m.M. nach so gravierenden, dass die Akkuart für mich entfällt.

Ich versuch mal noch konkreter zu werden:

2 dieser Lithium Akkus http://www.akkushop.de/sanyo-lithium-ba ... fb659e724a

an diese KSQ http://www.leds.de/p361/Zubehoer/Strom_ ... uelle.html

um zwei Hochleistungs-LEDs mit 500-700mA zu versorgen. Ist das technisch machbar und erfüllt es meine Laufzeit in etwa?

MfG nookie
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Di, 16.09.08, 11:20

Nein. Völlig ungeeignet. Max. Entladestrom 8mA(!) Siehe: http://www.omnitron.de/batt/datasheet/s ... 7335SE.pdf Außerdem sind das keine Akkus, sondern Wegwerf-Batterien.

Wenn es keine LiPo sein dürfen, würde ich 'gute' NiMh (eneloop o.ä.) verwenden. Die haben auch bei niedrigen Temperaturen noch eine brauchbare Spannunglage. 3 Stück pro LED verwenden, dann kannst Du bei 5h etwa mit 350mA rechnen. 2 LEDs mit 350mA sollten reichen (ist effektiver als 1 Led bei 700mA). Das gleiche gilt natürlich auch für Standard-Alkali-Wegwerf-Batterien. Bis etwa -10° ist das noch kein Problem.
nookie88
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Di, 16.09.08, 12:38

Das versteh ich als Nicht-Elektriker nicht. Ich dachte ich führ der KSQ 6V Eingangsspannung zu und sie macht dann daraus 3V/500mA egal wieviel Strom vorher anlag.

Bleiben wir also nur zum Verständnis für mich bei Alkaline Batterien. Diese besitzen ja 1,5V /2500mAh. Wenn ich davon jetzt 3 in Reihe schalte komme ich also auf 5,5V / 2500mAh. Aber die 5,5V reichen doch nicht für meinen KSQ. Mal angenommen die Spannung würde reichen damit Strom fließt und die KSQ 500mA liefert dann müsste die Batterie doch für 5h Strom liefern oder nicht? Oder wie ist der Entladestrom zu bestimmen?

Ich blick da leider doch noch nicht so gut durch wie ich dachte.

MfG nookie
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Di, 16.09.08, 13:34

nicht ganz. Eine KSQ versorgt den Verbraucher immer mit dem selben Strom, egal wie seine Spannung ist. Die Eingangsspannung ist innerhalb eines gewissen Bereiches auch egal, muss aber bei den meisten größer sein als die des Verbrauchers.
Borax
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Di, 16.09.08, 13:45

...ich führ der KSQ 6V Eingangsspannung zu und sie macht dann daraus 3V/500mA egal wieviel Strom vorher anlag.
Also egal schon mal sowieso nicht. Auch bei einer idealen KSQ (keine Verluste) muss ja die Leistung gleich bleiben. Also 3V 500mA => 1.5W bei 6V Eingangsspannung sind also 250mA erforderlich. Weil es natürlich Verluste gibt, sind eher 300mA nötig. Und weil eine getaktete KSQ den Strom 'pulsweise' braucht, muss die Stromquelle vmtl. sogar etwa 1A als Puls liefern können. Bei der von Dir angegebenen Batterie ist der max. Puls-Strom 100mA.
Mal angenommen die Spannung würde reichen damit Strom fließt und die KSQ 500mA liefert dann müsste die Batterie doch für 5h Strom liefern oder nicht?
Theoretisch ja. Praktisch nein. Weil erstens die Alkaline Batterien am Ende ihrer Kapazität nur noch etwa 0.9V Spannung haben und außerdem jede KSQ Verluste hat. Die hier aus dem Shop hat AFAIK eine Effizienz von etwa 80%. Daher sind von den 2500mAh nur etwa 2000 mAh 'nutzbar'. Ob diese KSQ bei unter 6V einfach abschaltet, oder nur weniger Strom liefert, kann ich Dir leider auch nicht sagen. Es gibt aber andere KSQs die auch bei niedrigeren Spannungen arbeiten.
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Di, 16.09.08, 14:05

Also sieht man mal wieder, dass Theorie und Praxis weit auseinander liegen.

Borax könntest du mir vielleicht mal einen konkreten Teilevorschlag machen?

Welche KSQ?
Welche Batterien?
Welche LED?
(Welche Optik?)

Ich komm einfach nicht weiter. Wär Klasse, wenn du das machen könntest. Maßgabe ist immernoch den nahen Arbeitsbereich aus zu leuchten. Es können auch 3h sein. Also nicht an 5h festbeißen.

MfG nookie
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Di, 16.09.08, 16:02

...Maßgabe ist immer noch den nahen Arbeitsbereich aus zu leuchten
Genau diesen Punkt müssten wir eigentlich zuerst geklärt haben. Das kann und möchte ich nicht für Dich entscheiden.
Genau davon hängt aber einiges ab. Da Du wohl keine KSQ selbst bauen kannst, müsste man eine fertige nehmen. Wenn ein LED reicht, dann die 350'er Version, bei zwei LEDs die 700'er verwenden und die zwei LEDs parallel schalten. Für Serienschaltung bräuchtest Du mehr Spannung. Ich würde es mal mit einem CREE Q5 LED versuchen, 20° Linse und umschaltbarer KSQ (den Link schick ich Dir per PM) Betrieb mit 4 Alkaline Batterien oder 5NiMh. Wenn Dir die Lichtausbeute nicht reicht, zweites Led. Und dann musst Du noch das Problem mit der Kühlung angehen...
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Di, 16.09.08, 16:23

die Perfekte Lampe für dich

Zebralight H30 oder H50
Drei Leuchtstufen / elektonisch geregelt für gleichbleibende Lichtabgabe
Low 5,5 Lumen für ca. 3,5 Tage
Medium 27 Lumen für ca. 21 Stunden
High 110 Lumen für ca. 2,5 Stunden
http://www.flashlightshop.de/product_in ... ts_id=7694

die gibt es für AA Batterien
oder für CR123 Batterien

CR123 sind 3V litium Batterien die eine sehr hohe leistung (bis2Ah, das ist fast doppelt so viel wie ein guter AA NiMh akku) kosten aber gut 1-2€ das stück :roll:

und wen sie dir nicht hell genug ist man kan auch 2 von denen an ein Stirnband machen ^^
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Di, 16.09.08, 17:14

nookie88 hat geschrieben:Ich möchte (erstmal nur theoretisch) eine Hochleistungs-LED-Kopflampe entwickeln. Diese Aufgabe wurde mir im Rahmen eines Praktikums gegeben.
Ich denke mal da kommt kaufen leider nich in Frage :(
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Di, 16.09.08, 19:52

Danke erstmal wieder für eure Antworten.

Ich hab jetzt nur gang kruz Zeit. Deshalb auch nur der Hinweis das es leider keine Lösung ist ein fertiges Produkt zu kaufen. Ich meld mich morgen wieder trotzdem schon mal Danke

MfG nookie
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Mi, 17.09.08, 08:02

Guten Morgen,

schon mal eine kleine Zwischenfrage. Wo finde ich denn heraus, wieviel Entladestrom eine AA-Batterie besitzt?


MfG nookie
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Mi, 17.09.08, 11:55

Zwischenantwort:
Datenblatt des Herstellers :D

BTW: 'wieviel Entladestrom eine AA-Batterie besitzt?' Das wird Dir nur begrenzt helfen, da es sich um eine teilweise spannungsabhängige und temperaturabhängige Größe handelt. Siehe auch Entladekurve und http://www.rc-network.de/forum/showthre ... 430&page=2
nookie88
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Mi, 17.09.08, 12:48

Wie siehst denn mit diesen Dingern aus? http://www.eneloop.de/uploads/media/Dat ... R-3UTG.pdf

Das dürfte doch mit 4x1,2V nicht ausreichen um die KSQ zu betreiben oder ist da Theorie undPraxis wieder weit auseinander?

Quasi muss ich doch 4 Batterien (1,5v) einsetzen, denn 4 Akkus (1,2v) reichen ja nicht um auf die 6 Volt zu kommen. Stimmts?^^


MfG nookie
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Mi, 17.09.08, 16:58

Die eneloop sind sehr gut. Wegen der Spannung: Ich habe keine solche KSQ, daher kann ich diese Frage nicht beantworten. Entweder jemand anderes hat es schon versucht, oder Du musst es selbst testen. Besser wären natürlich 5 NiMh (siehe oben).
Ragnar Roeck
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Mi, 17.09.08, 17:10

Für 6V aus NiCd/NiMH-Akkus brauchst Du 5 Stück, richtig.
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Do, 18.09.08, 08:13

Wie machen das denn die Taschenlampenhersteller? Die benutzen doch auch eine KSQ für ihre Hochleistungs LED Taschenlampen oder nicht?

MfG nookie
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