Innovationsprojekt zur Entwicklung energieeffizienter Geräte

Moin Steffi,

ich beschäftige mich seit ein paar Jahren mit der LED-Technologie und mit HID-Brennern (Gasentladungslampen, machen Licht durch einen Plasmabogen).

HID-Brenner liefern zwar ein sehr helles Licht bei geringer Leistungsaufnahme (mit 18-24W bist Du schon sehr gut dabei), haben aber den großen Nachteil, daß man zum Zünden ein sehr hohe Spannung (bis zu mehreren 1000 Volt) braucht und die daher notwendigen Vorschaltgeräte eine ziemlich begrenzte Lebensdauer haben - was für einen Taucher im dunklen, tiefen Wasser ziemlich nachteilig ist. Außerdem ist die HID-Technologie relativ teuer. Wesentliche Vorteile von HID sind drei:

* geringe Leistungsaufnahme im Betrieb
* Focussierbarkeit durch 360° abstrahlende Leuchtquelle
* ein sehr günstiges Farbspektrum

Hierzu noch eine Erläuterung: Licht ist nicht gleich Licht. Weißes oder beinahe weißes Licht setzt sich aus unterschiedlichen Anteilen von Licht aus allen Farbspektren zusammen. Unter Wasser haben wir die besondere Anforderung, daß H2O zuerst die roten Lichtwellen absorbiert, dann die gelben, später die grünen usw. Je weiter weg also das von mir zu beleuchtende Objekt ist, desto weniger rotes Licht kommt zu mir zurück (Weg zum reflektierten Gegenstand mal zwei). Rotes Licht durchdringt Wasser also am schlechtesten. Allerdings hat blaues Licht hingegen den Nachteil, daß UW die Streueffekte recht hoch sind und die Aufnahmefähigkeit des Auges auch irgendwann endet, wenns langsam ins violette oder sogar ultraviolette geht.

Für die Leuchtstärke ist daher die Zusammensetzung des Lichts einer Tauchlampe entscheidend. Hier ist HID momentan definitiv die beste Wahl. HID bringt kein gleichmäßiges Spektrum, sondern aus verschiedenen Spektren sehr energiestarke Spitzen, die in der Mischung wiederum weiß erscheinen.

Für Video- oder Fotobeleuchtungen ist dieses Licht wiederum ungeeignet, da die Farben damit auf Bilder sehr verfälscht wiedergegeben. Hier greift man meist noch auf Halogenlicht zurück.

LED hat den entscheidenden Vorteil, daß eine relativ geringe Leistungsaufnahme am Akku notwendig ist und daß man ein sehr weißes Licht erzeugen kann. Bei LEDs werden aktuell ca 65 Lumen pro Watt in Licht umgesetzt, physikalisch sind ca. 650lm denkbar, aber technisch nicht erreichbar. Die Entwicklung ist soweit, daß man in 1-2 Jahren bei ca. 250lm/ Watt Leistungsaufnahme sein will.

Der große Nachteil von LEDs ist, daß das Licht nicht aus einer Punktquelle kommt. Wenn man einen möglichst kleinen Punkt als Lichtquelle hat, dann kann man dieses Licht hervorragend über einen Reflektor fokussieren. LEDs haben durch ihren Aufbau einen maximalen Abstrahlwinkel von 180° und sind immer als Fläche aufgebaut. Praktisch funktioniert das so, daß der Halbleiter meist blaues Licht emmittiert und durch eine zum Leuchten gebrachte Substanz (meist Phosphor, leuchtet gelb) durch Mischung weißes Licht erzeugt wird.

Durch den flächigen Aufbau kann man UW die Focussierung nicht verändern - man hat also entweder einen Spot (6-8° Abstrahlwinkel, sehr gut für Durchdringung und "Fernlicht") oder einen Fluter (gut für Nahbereichsausleuchtung und Fotos). Leider werden bei Flutlicht auch alle Schwebteilchen angeleuchtet, was einen "Nebeleffekt" bei schlechten Sichtweiten mit sich bringt.

Eine denkbare und sehr wünschenswerte Weiterentwicklung wäre also bei der LED-Technologie eine Lichtquelle, die aus mehreren kleinen Chips so aufgebaut ist, daß sie möglichst beinahe 360° Abstrahlwinkel in der Kugel leistet, um einen verstellbaren Refllektor zu ermöglichen. Denkbar ist dies momentan nur durch Eigenbau - man könnte etwa 9 sehr kleine, aber leistungsstarke Luxeon-Rebel-Leds in drei 3er-Reihen als Stab mit dreieckigem Querschnitt anordnen und diese wie eine HID-Lampe focussieren.

Größter Vorteil an den LEDs ist ihre hohe Lichtausbeute, ihre sehr hohe Lebensdauer, die Unabhängigkeit von den Zündzyklen (im Ggs. zu HID) und ihre in der Produktion beeinflussbare Farbtemperatur. Nachteilig ist momentan der Aufbau und die Notwendigkeit zur Kühlung.

Es gibt momentan sehr lichtstarke LEDs von Osram ("Ostar",ca. 1000lm, äquivalent zu 50W Halogen, zwischen 17 und 27W Leistungsaufnahme), die eine relativ kleine Leuchtfläche haben und in mehreren Gruppen mit eigenen Reflektoren versehen werden. Diese Projekte sind aber allesamt "Pionierstücke" und nicht im Handel erhältlich.

Momentan arbeitet man mit Akkupacks zwischen 4,5 Ah (Sporttauchbereich) und maximal 15-20 Ah (Höhlen- und Tectauchbereich). Meist werden Nickelmetallhydridakkus verwendet, da diese weniger kälteempfindlich sind und hohe Entladeströme verkraften. Außderdem sind sie relativ schnell zu laden.
Wir hoffen auf neue Akkugenerationen, es gibt Gerüchte über Lithiumtitanal-Akkus (Nachfolgergeneration von Lithiumpolymer-Akkus)in der Entwicklung, die sehr hohe Kapazitäten und sehr kurze Ladezeiten erlauben, allerdings sind diese noch nicht erhältlich, sehr teuer und laufen noch nicht stabil.

Wenn Du Dich zu Lampen und Lichtstärkevergleichen weiter informieren möchtest, empfehle ich die Seite

www.tauchfunzel.de

auf der zu Lichteffizienz und Eigenbauprojekten eine Menge zur Verfügung gestellt wird.

Ein weiteres Gebiet zum Thema Energieeffizenz sind sicherlich Scooter, da wir hier auch hohe Energiedichten benötigen, um lange Laufzeiten zu ermöglichen. Absolut irrelevant in der Taucherei ist die Gewichtsfrage, da Akkutanks unter Wasser wegen der Verdrängung leichter sind als über Wasser und meist bei schwereren Lampen als Bleiersatz direkt ans Tauchgerät geschnallt werden.

Wünsche viel Erfolg mit dem Projekt!

Viele Grüße,

Deepdreamer

Hallo Steffi,

Energieeffiziente System inbesondere mit Lampen sind ein sehr kniffeliges Thema, die uns Taucher natürlich sehr interressiert, da man gerade in unseren Gewässern selten zu viel Licht dabei haben kann.

Erstmal ein Lob und Gruß an meinen Vorschreiber deepdreamer, da Meiste würde ich auch so unterschreiben bis auf den Punkt der Fokussierbarkeit. Wenn man weis wie ist LED nicht nur fokoussierbar, sondern das sogar weit besser und schärfer wie HID oder Halogen auf gleichem Raum. Es fehlt nur an käuflichen Lösungen im Moment..aber das kommt sicher. In meinem Fundus befindest sich meine Darth Vader Lampe mit 3 Grad(!) Abstrahlwinkel ohne Streulicht und extrem heißen Leuchtpunkt - ist was Sichtweiten unter 50cm :). Wer die unterwasser gesehen hat wird nie wieder über Fokkusierbarkeit von LEDs meckern

Dich interessiert aber mehr die Effizienz und dort sollte dein Stichwort Lumen pro Watt sein. Wie bereits erwähnt sagt das etwas über die Energieeffizeinz eines Leuchtmittels aus. Unterschieden muß man hier zwischen Lumen/Watt auf dem Papier wie es die Tauchlampenbauer natürlich erzählen und der realen Lumen/Watt.
Ich habe hier eine interessante Untersuchung einer deutschen Uni liegen, die reale Lumen/Watt Leistungen gängiger LED Leuchtsysteme untersucht hat mit z.T. vernichtenden Ergebnissen (Bei Bedarf Bescheid). Meine Beobchtung der Plastik TIR-Optiken (total internal refelction) wird dort z.B. bestätigt und bescheinigt diesen Billigoptiken eine reale Effizienz von bestenfalls 65% - sage und schreibe 35% Licht gehen also in der Lampe verlohren und damit sind die Verluste der Frontscheibe noch nicht mal drin! (7-10%). So total ist das also alles nicht.. Ein LED-Reflektor dagegen konnte Spitze 95% Effizenz erzielen und damit jede TIR Optik schlagen.

Du mußt also immer Leuchtmittel und optisches System seperat betrachten und die Verluste Beider addieren. Dann kommst du der realen Effienz eher auf die Spur.

Btw, die theoretisch maximale Effizenz einer weißen Lichtquelle liegt übrigens bei 320 Lumen / Watt - die erwähnten ca. 620 Lumen/Watt sind nur bei monochromen Licht im Grünbereich theor. machbar. Hat was mit der Empfindlichkeit des Auges zu tun bei unterschiedlichen Wellenlängen.
Das heißt auf gut deutsch 100% des Stroms werden in Licht gewandelt und keine Wärme erzeugt.

Hope it helps..

Gruß
MikeRD03

hi zusammen...

mein name ist Martin und ich darf diesen thread von steffi übernehmen... müsst jetzt halt leider mit mir vorlieb nehmen

ich muss sagen, dass sind recht ausführliche beschreibungen und sie zeigen gut die derzeitigen probleme auf.. vielen dank euch beiden!

ich habe jetzt aber noch eine frage dazu ergänzend:

ihr habt die probleme angesprochen, welches es derzeit gibt. habt ihr euch schon etwas in die richtung überlegt, wie man derzeitige technologien sinnvoll miteinander kombinieren könnte, um diesen problemen herr zu werden bzw. vlt. auch schon etwas in die richtung gebastelt?

mfg
Martin

PS: sry dass die antwort so lange auf sich warten ließ... gab da ein paar zuordnungsprobleme...

Hi Martin,

Was stellst du dir unter Kombinieren vor? Der Weg Reflektoren mit LEDs einzusetzen ist noch sehr neu und wird z.Z. kaum verwendet in kommerziellen Tauchlampen.

Man kann das auch noch mit optischen Linsen kombinieren und noch mehr herausholen, aber die Kompexität dürfte dann eine normale Tauchlampe wahrscheinlich übersteigen.

Gruß
Michael

Hi @ all,

wir haben nun unsere Lead-User gefunden, mit denen wir am Workshop an innovativen Lösungen arbeiten werden und haben somit die 3. Phase des Projektes abgeschlossen.

Ich danke euch allen für den tollen Input und eure Gesprächsbereitschaft und hoffe, dass wir was g’scheites zusammenbringen am Workshop und der Energieverbrauch durch die Lösungen weiter gesenkt werden kann.

Mit freundlichen Grüßen
Martin

PS: Sollte Interesse an den Lösungen bestehen, die wir erarbeiten, dann kann ich euch nach dem Workshop ein kurzes Update geben. Nix genaues halt, sondern nur allgemeine Infos, da die Lösungen mit exklusiven Nutzungsrechten unserem Projektpartner zur Verfügung gestellt werden.

Thread kann geclosed werden.

Hallo!

Hab soeben den "Schlusskommentar" von dem Inno-Thread gelesen. Leider wurde der Thread ja geschlossen. Irgendwie wurmt mich diese Meldung. Frei übersetzt klingt das wie "danke für eure Hilfe, danke ich hab was gelernt ... aber ich lass euch nicht daran teilhaben".

Naja, technisch gesehen wurde hier ja nichts "geheimes" diskutiert, zumindest in der öffentlichen diskussion nicht. Was über PN gegangen ist weiss keiner (oder doch ... evt. ein MOD?).

Wer sagt uns, dass nicht Tilly, Halcyone oder Hartenberger dahinter steckt?

... nur so ein Gedanke :o)

Edit by Chrissi: Beitrag in den gewünschten Thread geschoben und Thread vorerst wieder geöffnet. Aber bitte keine Mutmaßungen - das führt eh zu nix Ich persönlich weiß von keinem "geheimen" PN-Verkehr

Hi Pfiffikus25,

Ich kann den faden Nachgeschmack gut nachvollziehen. Undank ist der Welten Lohn - oder besser gesagt Scherge geh, hast deinen Dienst getan..

Gruß
MikeRD03

Da schreibt man sich die Finger wund... naja! Hätte erwartet, daß die Ergebnisse wenigstens UNGEFRAGT hier zur Verfügung gestellt werden. Glaube aber auch noch nciht mal, daß die Kernprobleme wirklich verstanden wurden.

1.) Kühlung von LEDs
2.) platzsparender Aufbau
3.) punktuelle vs. flächige Abstrahlung
4.) Focussierbarkeit
5.) möglichst hohe Ausfallsicherheit durch geringstmögliches Maß an elektronischem Schnickschnack.
6.) Weiterentwicklung von Akkutechnik bzgl. Energiedichte und Ladegeschwindigkeit.

Meine Lampe hat bei der HAVGUS-Tour mit einer Ladung (!) ganze 8 (!!)TGs mitgemacht - und das bei 4,5 Ah-Akku und 3 x Seoul P4 an KSQ 1000. Soll erst mal einer nachmachen. Die Industrieheinis sind da noch nicht ganz up-to-date!

Deepdreamer