WISSENSWERTES ZUR LICHTTECHNIK

Wichtige Fragen - wissenswertes zur Lichttechnik

 
GRUNDSATZFRAGEN

Die fünf wichtigsten Fragen die man sich vor der Anschaffung einer Beleuchtungsanlage stellen sollte:
  1. was darf sie kosten?
  2. wo wird sie vorwiegend eingesetzt?
  3. was soll sie wiegen
  1. mind. Betriebszeit
  2. Handling (Akku, Brenner)
  1. Kosten: diese sind vor allem abhängig von der verwendeten Akkutechnik und Elektronik. Machbar ist auch im Selbstbau alles, Dimmer, Spannungsüberwachung mit Diodenanzeige, Tiefenentladungsschutz, etc. ist kein Problem, jedoch ist das nicht ganz billig.
  2. Einsatzgebiet: Strasse/Rad-Wald-Schotterwege 6/12V 5-10W
    oder im Gelände auf dem Trail 6/12V10/20-35W
  3. Das Gewicht:Akkus 6V4Ah BleiGel 750g - NiMH 400g - LI ION 200g
  4. Betriebszeit: Kapazität des Akkus in Ah (4) : (0,85) Stromaufnahme des Brenners = 4,7Std abzüglich 10-15% Restkapazität vor Tiefenentladung. 4Std
  5. Handling: BleiGel lange Ladezeiten, Memoryeffekt - NiMH sehr kurze Ladezeiten, Memoryeffekt - LI ION kurze Ladezeiten, kein Memory

6 oder 12V?
Alles hat seine Licht und Schattenseiten.
Bei vorausgesetzt gleicher Lebensdauer im statischen Betriebsfall und Leistung,
steigt mit zunehmender Spannung (V) die Lichtausbeute, da die abstrahlende Oberfläche linear anwächst. Der Wendeldraht wird länger, bleibt aber bei gleicher Stromstärke (A) gleich dick. Das hat fatale Folgen für die Lebensdauer des Brenners beim erschütterungsreichen Einsatz am Fahrrad. Meist weisen durchgebrannte Halogenlampen Kurzschlüsse innerhalb der Wendelspiralen auf. Daher wäre es besser, die Stromstärke zu erhöhen, den dadurch wird bei gleicher Spannung der Draht dicker bei nahezu konstanter Wendellänge. (statt 12V 10W - 6V 20W)
Bei steigender Spannung und gleicher Leistung sinkt die Stromstärke. Dies muss bei der Auswahl von Schaltern, Steckern, Kabel usw. berücksichtigt werden. Ein Kabelquerschnitt unter 0,75mm ist daher bei NV nicht zu empfehlen.

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ÜBERSPANNUNGSBETRIEB
und es werde Licht!
so gut wie alle Fahrrad-Lampenhersteller betreiben die Leuchtmittel mit Überspannung!
Ideale Werte wären ca. 10% der Nennspannung des Brenners. Leider lässt sich das akkutechnisch im Bereich von 6V nicht verwirklichen, da die Akkuzellen meist eine Spannung von 1,2V aufweisen - ausgenommen Bleiakkus diese haben generell eine Spannung von 6 bzw. 12V. Mit NiMH, LI ION Akkus lässt sich somit im 6V Bereich nur eine Überspannung von 20% verwirklichen. Bei 12V Anlagen sind jedoch 10% machbar (13,2V).
Die Lebenserwartung der Leuchtmittel sinkt gewaltig. So haben im 6V Bereich die Miniwattbirnen bei Nennspannungsbetrieb schon eine sehr geringe Brennzeit von max. 25 Std. Bei Überspannung sinkt diese schnell auf 10-15Std. mit nachlassendem Wirkungsgrad. Die Birnen werden schwarz. Kaltlichtreflektorlampen haben bauartbedingt eine längere Betriebszeit, da die Wärme besser abgeführt wird. In der Regel weisen MR11 35mm Lampen eine Leuchtdauer von 1000-2000 Std. auf, sofern sie an der Decke hängen. Doch auch hier sinkt die Lebenserwartung bei Überspannungsbetrieb. Besser sind da schon MR16 50mm Lampen. Da die Leuchtmittel zudem nicht für den erschütterungsreichen Betrieb am Fahrrad, sondern für den Taschenlampen bzw. Heimbereich konstruiert sind, verkürzt sich die Brennzeit nocheinmal, so dass man bei Miniwattbirnen von 10-12 Std., bei MR11 Lampen von 120Std. und bei MR16 Lampen von 180 Std. ausgehen kann.
Die Leistungsaufnahme der Brenner bei Überspannungsbetrieb ändert sich im Verhältnis zur Spannung, sie werden wesentlich heisser. Daher nicht zu empfehlen bei im Handel erhältlichen Taiwan-Plastik Bike Lampen - das ist ihr Tod!

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LEUCHTMITTEL

H.I.D. High Intensity Discharge Reflektorlampen MR11/16
Lichtbogenbrenner mit Xenongas gefüllt - das derzeit technisch machbare - extreme Lichtausbeute und sehr hohe Farbtemperatur von 6000 Kelvin erzeugen ein tageslichtähnliche Ausleuchtung - dabei entsprechen 10W in etwa 50W Halogen. Die Lampen benötigen eine spezielle Start/Betriebselektronik (Ballast) zum Betrieb und sind sehr teuer.
Derzeit einziger Lieferant: WelchAllyn




LED - Luminance Eremitter Diode
Hocheffizient, ohne Glühwendel mit extrem langer Lebenserwartung - richtiger Spannungsbetrieb vorrausgesetzt.
Sehr hohe Farbtemperatur mit starker Bündelung des Lichtstrahles - dadurch sehr hell wirkend, geringe Erwärmung und Stromverbrauch zeichnen dieses Leuchtmittel aus.

Die Farbtemperatur bestimmt die Betriebsspannung!

In der Regel gelten die in der Tabelle angegebenen Werte. Sie beziehen sich auf 5mm/10mm LED's mit einem Stromverbrauch von 1,5 bis 100 mA - es gibt auch Ausnahmen davon. Es ist ratsam, LED's mit einer Kollminatorlinse/Reflektorkombination zu betreiben um einen einigermassen sinnvollen Lichtkegel zu erreichen.
Sie sollten unbedingt an die Betriebsspannung der Stromquelle angepasst werden. Dies lässt sich auf einfache Weise mit einem entsprechend dimensionierten Vorwiderstand regeln.


Farbe Betriebsspannung

rot
gelb
grün
blau
weiss

1,7 Volt
2,1 Volt
2,7 Volt
3,0 Volt
3,6 Volt

Berrechnung des Vorwiderstandes

Versorgungsspannung LED Betriebsspannung LED Stromverbrauch Widerstand
V - V : mA = ohm

 

Besser wäre noch die Verwendung einer   Konstantstromquelle  vor
allem wenn mehrere LED gleichzeitig betrieben werden sollen.
Miniwatt-Halogenbirnen
Standardleuchtmittel in den meisten Dynamo/Batterielampen auf dem Markt. In der Regel als 6V2,4W Birne mit Stecksockel P13,5s - bei älteren Lampen Schraubsockel E10. Die Birnen werden auch in Taschenlampen eingesetzt. Sie gibt es in verschiedenen Spannungs und Leitungsklassen von 6V2,4W-10W bzw. 12V5W-20W. Bedingt durch eine hohe Farbtemperatur des Brenners geben sie ein sehr weisses Licht ab. Die Betriebszeit/Lebensdauer solcher Birnen ist relativ kurz und sie sind nicht billig.

Halogen-Stiftsockel-Lampen
Werden vorwiegend bei der Eigenkonstruktion der Reflektor/Lampeneinheit verwendet. Sie werden mit einer Betriebsspannung von 6V wie auch 12V und bis zu 35W mit axialer bzw. vertikaler Glühwendel sowie der Sockelbezeichnung GU4/5.3 angeboten. Es emphiehlt sich, Lampen mit axialer Wendel zu verwenden - meist leistungsfähiger und unempfindlicher auf die Brennerstellung im Reflektor. Sie sind auch in der OSRM IRC Technik zu bekommen.
Halogen-Reflektor-Lampen
Sie gibt es praktisch in allen Leistungsklassen von 5 bis 71W und unterschiedlicher Reflektorqualitäten und den Sockelbezeichnung GU4/5.3. Daher verwenden wir ausschließlich teuere alu besser noch titanbeschichtete Lampen. Beim Kauf sollte auf die Zentrierung der Birne geachtet werden - manchmal sitzen die schon daneben! - dazu kommt, dass viele Kaltlichtreflektoren innenverschmutzte, nicht gereinigte Sicherheitsglasscheiben besitzen, was zur Minderung der Lichtleistung führt (milchig) Ein Vergleich mehrerer Reflektoren gleicher Sorte ist aus diesen Gründen ratsam!
Von Billiglampen raten wir ab - immer schlecht zentriert und focusiert, müde Halogenbirnen und schlechte Lichtausbeute des
!
Reflektors. (aber es gibt Ausnahmen!) Mehr dazu   hier
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Abstrahlwinkel - die auszuleuchtende Fläche (Lichtfeld) und Helligkeit ist abhängig von der Leistung, Reflektodurchmesser und vom Abstrahlwinkel -

  • je grösser der Reflektor je höher der Wirkungsgrad so hat z.B. ein MR 16 (51mm) Reflektor im Vergleich zum MR11 (35mm) bei gleicher Leistung die 1 1/2 fache Lichtausbeute. Aber auch hier sind Grenzen gesetzt denn mehr wie 90mm Durchmesser ist für das Abstrahlvolumen derartiger 6/12V Brennern nicht zu empfehlen.
  • kleine Austrittswinkel von 10° 12° sind als Einzellampe nicht zu empfehlen, da sie zwar einen sehr hellen, aber schmalen und kurzen Lichtkegel auf den Weg werfen - als Zusatzscheinwerfer fürs Fernlicht jedoch sehr gut geeignet
  • grosse Abstrahlwinkel mit 18°20°24°36° hingegen haben dementsprechend einen breiteren, aber auch längeren Lichtkegel sind als Einzellampe erste Wahl oder als Nahbereichsstrahler in einer Doppellampen Anlage.
  • nicht geeignet für Bikelampen sind Reflektoren mit 8° bzw. 60°

Von uns erprobte Kombinationen

Einzellampe Doppellampe
Leistung Abstrahlwinkel Leistung Abstrahlwinkel
6V5W 20° 6V5W / 5W 20° / 10°
6V6W 24° 6V5W / 6W 20° / 12°
6V10W 20° 6V10W / 5W 20° / 10°
6V10W 24° 6V10W / 6W 24° / 12°
6V20W 18° 6V10W / 10W 36° / 20°
6V20W 30° 6V20W /20W 30° / 10°
12V10W 20° 12V10W / 10W 24° / 10°
12V10W 24° 12V20W / 10W 24° / 12°
12V20W - 50W 24° 12V20W / 20W 36° / 24°
 
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Blendwirkung
MR11 MR16 Kaltlichtreflektorlampen, aber auch Lampen mit Miniwatt Birnen betrieben blenden den Gegenverkehr erheblich. Der Grund, warum sie nicht StVZO zugelassen sind. Dabei geht die meiste Blendwirkung nicht vom Reflektor, sondern von der Birne aus. Daher sind KFZ Birnen meist kopfverspiegelt, d.h. der Birnenkopf ist zulackiert. Ein Leistungsverlust entsteht dabei nicht. Wenn man sich den Aufwand antun will, kann bei den Kaltlichtreflektorlampen das Sicherheitsglas abgenommen werden. Dazu eine Heissluftgebläse oder auf die Herdplatte geben und auf ca. 300°C erwärmen jetzt lässt sich das Glas abnehmen. nun den Kopf der Birne bis knapp über den Rand mit Hitzefest Lack beschichten. Zum Wiederaufbringen der Sicherheitsscheibe kann entweder hochhitzefester 2K Kunstharzkleber (240°C) oder Silikon verwendet werden.

Lampensockel - Form und Bezeichnung
Drei Sockeltypen sind im Fahrrad/Zeltbeleuchtungsbereich anzutreffen
1. der Schraubsockel E10 bei Taschenlampen oft verwendet - veraltetes System
2. der Stecksockel P13,5s der heute meist verwendete Sockeltyp
3. der Stiftsockel als Stiftsockelbirne oder kompletter Strahler mit Reflektor als MR11 mit 35mm und MR16 mit 55mm Ø

Grafische Darstellung der   Sockeltypen


GEHÄUSE/ELEKTRIK
Sie sollten dicht und resistend gegen Feuchtigkeit aller Art sein, können nach Bedarf auch lackiert werden. Am Besten mit Verdünnung reinigen, Kunststoff Primer aufsprühen und danach lackieren.
Kabel, Stecker alle Kontaktstellen sollten gegen Feuchtigkeit geschützt sein
Zum Schutz vor Feuchtigkeit sowie der Gehäuse und Deckelkanten eignet sich hervorragend ein schmales Stück eines alten Fahrradschlauches.

 
die kleine Lichtfibel
lichttechnische Messwerte und deren Bedeutung