Lampe fürs Camping und Radfahren

Hier werden Fragen zu LED-Grundlagen beantwortet...

Moderator: T.Hoffmann

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jaysung
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Do, 08.03.12, 14:24

Hallo,
ich habe ein Ladegerät, welches über den Nabendynamo des Fahrrades einen Lifepo4-Akku (13,2V nominal höchstens 14,8V) lädt.
Ich will für Touren eine Lampe in das selbe Gehäuse integrieren. Die Lampe sollte möglichst hell sein und darf dabei 5 - 10 W verbrauchen.
Allerdings kann die Spannung auch auf 12V sinken.
Ich bin blutiger Anfänger.
Welche Highpower Leds kann man nehmen?
Schön wäre, wenn man die Helligkeit über einen Poti regeln könnte (Vorwiderstand oder KSQ beides trimbar).
Energieeffizienz ist wichtig. 30w/h ist der Akku groß und muss noch Licht GPS und Kamera/Handy laden.
Viele Grüße und danke für Hilfe
Jeronimo
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Beatbuzzer
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Do, 08.03.12, 17:52

Hallo und Willkommen!
Das ist alles ohne größere Probleme umsetzbar. Allerdings ist eine Sache unklar:
jaysung hat geschrieben:Die Lampe sollte möglichst hell sein und darf dabei 5 - 10 W verbrauchen.
Was ist "möglichst hell"? Hell zum Lesen, hell zum Fahrrad fahren bei Nacht, oder hell um im dichten Wald auf 100m Entfernung jemanden zu suchen?
Oder stellst du sagen wir mal 5W zur Verfügung und wir sollen dir das hellstmögliche da rausholen?
jaysung
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Mo, 12.03.12, 09:56

Hallo,
ja, genau. So um 10W würde ich hergeben und dann sollte es zum Lesen im Zelt, aber auch zum Aufbauen des Zeltes reichen. Auch, wenn man mal bei Dunkelheit sagen wir eine Schraube aufm Waldboden suchen müsste... Oder mit dem Rad durch den Wald fahren müsste, (Neumondnacht).

Ich habe im Shop weiße Leds gefunden:
http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Cree ... Lumen.html
Wenn ich jetzt mal rechne:
4 Leds zu 3.0V 1.000mA =12W
Dabei habe ich jetzt mal die Angaben auf der Seite gemittelt.
Der Vorwiderstand wäre dann mit 1,2Ohm zu dimensionieren? Da ja bei 1A 13,2-12=1,2V abfallen müssen? Also 1,2W verbraten?

Fragen:
1. Ist es überhaupt sinnvoll 4 Leds parallel zu betreiben? Mein Gedanke ist, dass ich dann wenigstens mit dem Vorwiderstand nicht ganz so viel verbraten müsste. Andererseits sind drei mal 4.0V auch sinnig. Aber in diesem Bereich funktionieren die Leds schon nicht mehr sehr effizient.
Also gewinnt man dadurch mehr Helligkeit? Vier Kerzen sind ja nunmal auch irgendwie heller als drei.
2. Wie groß müsste der Vorwiderstand bei Reihenschaltung sein?
Rechnung mittlere Helligkeit:
13,2V Akku Nom./4=3,3V für jede Led
Dabei könnten schätzungsweise 2,0A fließen.
Das bedeutet es würden 24W verbraucht. Dann ist nach 75 Min Schluss.
Und andererseits entfiele der Vorwiderstand, was nicht ratsam ist, wenn eine Led stirbt oder die Serienstreuung hoch wäre richtig?

Rechnung drei Leds minimale Spannung:
3x2,9=8,7V bei 0,700A = 6,09W
Das passt und macht 834Lm. Aber kann man den Lichtstrom so einfach addieren?
Jede einzelne macht ja nur 278lm.
Vorwiderstand:
13,2V Akku nom. -8,7V Leds=4,5V Abfall am Widerstand
4,5V/0,7A=6,4Ohm ?
Das sieht so wenig aus.
Aber auch 4,5*0,7=3,15W Verlust am Widerstand?
Das sieht sehr viel aus. Wäre aber noch innerhalb der 10W.
Borax
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Mo, 12.03.12, 13:57

So um 10W würde ich hergeben und dann sollte es zum Lesen im Zelt, aber auch zum Aufbauen des Zeltes reichen.
Da würde ich sagen, Du brauchst eine Lampe die auf verschiedene Lichtstärken (Stromstärken) umschaltbar ist. 3 CREE XML bei 1A machen fast so viel Licht wie ein Autoscheinwerfer. Das dürfte zu Lesen viel zu viel sein.
Sinnvoll sind 3 CREE XML in Reihe und eine Low-Drop KSQ. Möglicherweise würden auch schon 2 CREE XML reichen, dann könntest Du die KSQ hier aus dem Shop nehmen und mit einem Schalter zwischen 30%, 70% und 100% umschalten. Die KSQ hat leider einen recht großen Drop, so dass es nicht für den Betrieb von 3 CREE XML an einem LiFePo Akku reicht.
Allgemeines zu KSQ: viewtopic.php?f=31&t=7920
jaysung
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Mo, 12.03.12, 14:39

Aber würden nicht auch vier in Reihe gehen?
Dann mit einem PWM-Dimmer?
Die würden 16V aushalten also auch ohne Vorwiderstand Luft genug haben.
Grüße
Jeronimo
Borax
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Mo, 12.03.12, 17:24

Die würden 16V aushalten
Woher weißt Du das? Der Hersteller sagt dass (bei super optimaler Kühlung) diese LED 3A aushält. Und gibt eine typische Spannung dafür an. Die ist aber eben nur typisch. Je nach Charge kann eine CREE XML auch schon bei 3.5V die 3A ziehen und würde demzufolge bei 4 Stück an 14V schon bis an die Grenze belastet sein. Andererseits haben LiFePo Akkus (die meiste Zeit) recht genau 3.3V. So gesehen müsste es gehen. PWM Dimmer würde ich eher nicht nehmen. Lieber nur ein paar Widerstände zum Umschalten. Potis sind unter 'rauhen' Bedingungen nicht so geeignet.
jaysung
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Di, 13.03.12, 04:24

Hallo,
@Borax : Was hast Du gegen einen PWM-Dimmer?
Wenn ich vier Leds nehme, wie groß sollten die Widerstände sein? Meine Rechnungen geben nur sehr kleine Werte zurück.
Die Cree sei keine Alternative zur Seoul p7 ist in den Kommentaren zur Cree zu lesen.
Die P7 finde ich auf leds.de nicht. Auf einer anderen Seite finde ich sie mit schlechteren Nennwerten.
Ist die Cree eine gute Wahl.
Wäre es möglich/ratsam vier leds in Reihe auf Lochrasterplatine zu verdrahten, zu kühlen (CPU-Kühlkörper) und dann nach 10 Min mal zu messen welcher Strom aus meinem Akku fließt?
Welche Linsen/Optiken/Reflektoren brauche ich?
Mein Bruder sagte das sei entscheidend bei Fahrradlampen.
Fragen über Fragen. Bitte helfen.
Grüße
Jeronimo
Borax
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Di, 13.03.12, 09:00

Was hast Du gegen einen PWM-Dimmer?
Nichts. Nur gegen das Poti.
Die CREE XML ist AFAIK derzeit die beste und stärkste Einzel-LED. Und sicher effizienter als die P7.
Wegen Optik... Für Fahrrad zugelassen ist das ganze sowieso nicht. Also einfach eine mittelstark bündelnde Optik (ca. 10-15°) verwenden.
vier leds in Reihe auf Lochrasterplatine zu verdrahten
Lochrasterplatine geht nicht. Die LEDs brauchen einen direkten Kontakt zum Kühlkörper. Ansonsten, ja würde ich auch testen.
jaysung
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Di, 13.03.12, 09:31

Hallo,
aber wenn die Leds direkten Kontakt zum Kühlkörper haben, werden sie dann nicht durch den Kühlkörper selbst kurzgeschlossen? Alu leitet doch ganz gut Strom. Und Kupfer?! :shock:
Und wie macht man sie dann fest am Kühlkörper?
Wenn außer dem Poti nix gegen PWM spricht werde ich das wohl versuchen.
Schalter habe ich schon zwei an der Kiste.
Würde denn so ein alter Arctic Kühler reichen?
Der reicht ja bei aktiver Kühlung für minimal 65W. Was bei passiver Kühlung wird...
Allerdings könnte ich über die 12V natürlich auch einen Lüfter betreiben.
Aber das will ich eigentlich nicht.
Und wie den Abstand für die Linse berechnen? Physik.
omg.
Borax
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Di, 13.03.12, 09:46

Eloxierten Kühlkörper verwenden und kleben (Wärmeleitkleber) oder 'klemmen' (mit Wärmeleitpaste - so ähnlich: viewtopic.php?p=146178#p146178 ) oder 'Star-Platine' verwenden.
Würde denn so ein alter Arctic Kühler reichen?
Ja. Aber nur mit aktiver Kühlung. Kühler die für Lüfter gebaut sind haben rein passiv meist recht schlechte Kühlleistungen. Die Lamellen stehen zu eng.
Linsen:
http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Lins ... -XM-L.html
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Di, 13.03.12, 16:48

Da Du LiFePo4-Akkus verwendest, hast Du eine *SEHR* stabile Spannung von ca. 12,8 bis 13,2V. Nur ca. 5-10% der Nutzbaren Kapazität liegen darüber und darunter.

Das passt zu LEDs wie Ar*** auf Eimer und mit 4 LEDs in Reihe bist Du super bedient, die Cree XM-L ist außerdem auch perfekt geeinget (aber aufpassen: von der gibt es auch Varianten mit mehren LED-Chips in Reihe geschaltet, z.B. eine 6V-Version)

An einer LED fallen ca. 3V ab, an 4 LEDs in Reihe logischerweise ca. 12V. Dank LiFePo4-Akku und der perfekt zu LEDs passenden Spannung würdest Du mit einer getakteten KSQ vermutlich auch nichts effizienteres haben als mit einem simplen Vorwiderstand.

Es muss allerdings schon ein Leistungswiderstand sein, denn mit 1V an 1 Ohm und damit 1 Ampere, also auch 1 Watt ist bei Vollem Akku zu rechnen, bei randvollem Akku auch das doppelte. Am besten Du berechnest den Widerstand so (bzw. tastest Dich experimentell heran), dass bei randvollen Akkus max. die Zulässigen 3 Ampere durch die LEDs fließen.

LEDs werden effizienter wenn sie unterbestromt betrieben werden. (Bei unter 5% kehrt sich dieser Effekt aber auch wieder um). 20-50% des Maximalstrom sind meist am sinnvollsten.

Du könntest das ganze z.B. mit einem 5W-1-Ohm-Lastwiderstand + 2-5-Watt-Drahtpotentiometer (Bereich ca. 33 bis 100 Ohm, je nachdem wie dunkel es werden können soll) realisieren.

Alternativ könnte man einem MOSFET-Transistor nehmen, vor die LEDs wieder die 1 Ohm/5 Watt, aber statt Draht-Poti das Gate vom MOSFET mit einem normalen Poti versorgen, die äußeren Pins an + und -, wert des Potis darf im Bereich 10k bis 1 MOhm alles sein. Allerdings muss an die Enden noch je ein experimentell zu bestimmender Widerstand, denn der Regelbereich läge sonst auf vermutlich weniger als 5° des Drehwinkels des Poti-Schleifers.
Borax
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Di, 13.03.12, 17:09

Je nach Charge kann eine CREE XML auch schon bei 3.5V die 3A ziehen
Ist sogar noch weniger... Ich hab ja mal eine nachgemessen (habe ich heute zufällig gelesen: viewtopic.php?p=142861#p142861 ) und da ergab sich bei 2.5A eine Spannung von 3.12V. Bei vollen 3A dürften es dann vielleicht 3.2V sein, aber bestimmt nicht mehr. Also ohne Vorwiderstand an eine randvolle LiFePo4 mit über 13V ist zu gefährlich. Daher halt Dich an das was CRI geschrieben hat.
jaysung
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Mi, 09.05.12, 14:04

Hallo,
also. Inzwischen ist ein wenig Zeit vergangen und wir waren mal tatsächlich Zelten. Wir haben deutlich weniger in den Akku reingetrampelt als gedacht.
Als Lampe hat hier ein frei verfügbarer Schmidt Edelux Scheinwerfer (angegeben mit 60lx) gedient.
Der wurde einfach an 7,2V betrieben, wie die Lampe am Rad auch.
Das Licht reichte für die meisten Situationen aus. Allerdings war das Kabel vom Ladegerät zum Scheinwerfer störend. Deshalb sollte die Lampe doch ins Gehäuse des Laders. Das ist allerdings aus Plastik und nur ca 1L groß. Da noch der Akku drin ist frage ich mich, wie schlimm die Wärmeabfuhr werden wird. Vielleicht ließe sich die Lampe ja auch mit Klettverschluss am Gehäuse fest machen. Das Kabel wäre dann kurz und störte im Zelt nicht weiter.
Deshalb halte ich die genannten 10W inzwischen für deutlich überdimensioniert.
Ich gehe jetzt von eher 3 bis 6W aus.
Bei 3V wäre eine einzelne Cree bereits bei 2000mah 6W -> nicht allzu effizient und noch ein kleiner heißer Punkt dazu.
Drei Cree wären jeweils bei 700mah und damit im Nennbereich sehr effizient.
Überlegt habe ich jetzt folgendes:
3x Cree auf Rundplatine
http://www.*********/de/High-Power-LE ... 0_117.html
Die dann auf diesem Kühlkörper mit Arctic Silver Wärmeleitkleber:
http://www.*********/de/High-Power-Zu ... 6_114.html
Und dazu dann eine 1000mah KSQ mit diesem Dimmer:
http://www.*********/de/LED-Controlli ... 8_119.html

Hauptsorge ist jetzt noch der Kühlkörper. Die Auskunft des Shopbetreibers war, dass er lieber auf aktive Kühlung setzen würde. Allerdings war die Rede von höheren Strömen.
Was denkt ihr?
Sorry, dass die Produkte jetzt von der Konkurenz sind. Aber die xml-u2 habe ich bei leds.de nicht gefunden.
Liebe Grüße
Jeronimo
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Mi, 09.05.12, 17:20

3 Watt oder 3x 3 watt? Das kann ich aus Deinem Posting nicht klar erkennen.

Wenn nur 3 Watt insgesamt, dann schalte doch 4 LEDs in Reihe und ermitttler für 13,2V einen Widerstand bei dem 250 mA fließen. Das ist dann knapp über 3 Watt.

Eine nacke Cree XR-E bleibt bei 260 mA noch unter 100°C das ist zulässig. Die XM-L ist ein wenig kleiner, verträgt aber auch höhere Temperaturen. Zumindest 3 einzelne Star-Platinen dürften bei 250 mA als Kühlkörper massig ausreichen (leicht soll es ja möglichst auch sein).

Bei 700 mA durch 3 LEDs kämst Du auf 6,3 Watt (dies dann mit getakteter KSQ statt Vorwiderstand) --- auch dafür benötigt man nocht keinen allzu riesigen Kühlkörper. Zumal ich bei derartigem mobilen Einsatz eine reduzierte Lebensdauer in Kauf nehmen würde, wenn ich Gewicht sparen kann (50.000 Stunden Campen im Dunkeln wird niemand in seinem Leben zusammenbekommen... Und der Chip der XM-L darf für diese Lebensdauer sogar 150°C heiß werden... Sprich: wenn Deine Mechanik Wärmeübergangstechnisch nicht völlig vergurkt sein sollte, dann musst Du Dir keine Sorgen machen, solange der Kühlkörper noch keine 100°C erreicht --- Nähe zu den LiFePo4-Akkus ist auch kein problem, denn 60°C vertragen diese ja problemlos)

PS: Hast Du zufällig Fotos von Deinen Konstruktionen?
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