http://www.messer-werkzeuge.de
https://www.messerforum.net/help/werbung/

Wo ist das "Ende der Fahnenstange"?

S

serienchiller

Mitglied
Beiträge
123
Hallo zusammen!
Was ich mich bei den neuesten "Lumen-Monstern" frage, ist, wo eigentlich die technischen Grenzen liegen. Wie viel Leistung kann ich in einer klassischen Stabtaschenlampe unterbringen und ab wann wird es mit der Wärmeabfuhr u.ä. problematisch? Glaubt ihr, dass da nochmal eine neue Generation mit noch kräftigeren LEDs kommt, oder ist das machbare inzwischen ziemlich ausgereizt? Sprich: Gibt es dann mehr als 900 Lumen nur noch in Form von großen Scheinwerfern?
Würde mich mal interessieren, was die "Experten" dazu sagen, ich bin ja noch ein Frischling in der Taschenlampenwelt (bis vor 2 Monaten dachte ich, diese tollen Lampen mit 20 5mm-LEDs wären schon das Maß aller Dinge).
MFG, Max
 
Wo genau das Ende ist, kann ich nicht sagen. Allerdings fällt mir eines auf: Auch wenn es nun die MC-E, P7, SST-50 und SST-90 gibt, die mit X Ampere betrieben werden können und dabei tausende Lumen abgeben, so ist das eben nur eine Komponente der Taschenlampen. Will ich bei einer handlichen Größe bleiben, bekomm ich die Hitze mit derzeitigen Methoden kaum weg und die Akkus speichern zu wenig Energie, als dass ich solche LEDs sinnvoll ausreizen kann.

Derzeit ist also ein Punkt erreicht (in der Größenordnung einer TASCHENlampe), wo es nicht mehr so schnell weitergeht. Der limitierende Faktor ist aber nicht die LED, sondern die Hitze und die Energiespeicher.
 
grinsefalle schrieb:
Der limitierende Faktor ist aber nicht die LED, sondern die Hitze und die Energiespeicher.
Zum Vergrößern anklicken....

Das sehe ich auch so.

Geht man von 123er Batterien oder Akkus aus, so liegt der (derzeit) sinnvoll nutzbare Bereich bei einer Einzellenlampe bei 500 bis 1000 mA entsprechend etwa 100 bis 200 Lumen OTF.

Bei einer Zweizellenlampe kann man von etwa dem Doppelten ausgehen, zweifach Laufzeit bei gleicher Helligkeit oder gleiche Laufzeit bei etwa doppelt soviel Lumen, was aber nicht der empfundenen doppelten Helligkeit entspricht.

Dazu wäre etwa der vierfache Lichtstrom erforderlich, was dann bei kleinen Lampen thermische Probleme verursacht.


Letztlich ist das auch eine Frage der Nutzung:

In Gebäuden macht es z.B. keinen Sinn, Lampen zu verwenden, die auf eine Reichweite von 100 Metern oder mehr ausgelegt sind.
Und im Nahbereich bis etwa 10 Meter sind 400 Lumen sicherlich schön hell, aber nicht notwendig. Da reichen gut verteilte 100 Lumen völlig aus.
 
Hallo Max,

jede Technik ist nach einer gewissen Zeit "ausgereizt".

Vor 30 Jahren stritt man sich darücher, ob ein CD-Player mit x-fach-Oversampling besser klingt als der CD-Player mit y-fach-Oversampling.
Heute ist das längst Schnee von gestern Technik ausgereizt- Ende Fahnenstange.

Die Lichtausbeute von LED kann noch um ~30-35% gesteigert werden, dann nähert man sich durch die Physik gesetzte Grenzen.

Wenn man die Wärmeabfuhr optimiert sollten größenordnungsmäßig 2000lm drin sein. Zumindest über begrenzte Zeitintervalle.

Die Energieversorgung ist imho weniger der limitierende Faktor...
Man denke nur mal an eine Maglight 5D und überlege sich mal, wie viel LiIonen-Power man in so ein Volumen unterbringen könnte.


Investigator
 
Ich glaube auch, dass weniger die Dioden ein Problem darstellen, als der Wärmetransport... Ich gehe ebenfalls davon aus, dass in naher Zukunft keine finanzierbaren alternativen zu den bestehenden Materialien zur wärmeweitergabe entwickelt werden, es also höchstens sein kann, dass einem Hersteller eine pfiffige Idee zur aktiven Kühlung einfällt.

Hmm wir sollten in Deutschland definitiv die Kernfusion fördern, wenn ich Nachts zu den Sternen sehe, denke ich jedesmal, dass ich mich doch definitiv mit einem mikrigen Throw zufrieden gebe.

Grüße
Manuel
 
Zuletzt bearbeitet:
Manuel85 schrieb:
... als der Wärmetransport... Ich gehe ebenfalls davon aus, dass in naher Zukunft keine finanzierbaren alternativen zu den bestehenden Materialien zur wärmeweitergabe entwickelt werden,
Zum Vergrößern anklicken....
Was willst du da auch entwickeln, die Wärmeleitfähigkeit ist eine materialabhänige Eigenschaft, die bei reinsten Stoffen am höhsten ist und mit zunehmender Verunreinigung abnimmt. Die beste Wärmeleitfähigkeit (in absteigender Reihenfolge) haben: Kohlenstoff als Nanorohrchen, als Diamant, Silber, Kupfer, Gold und Aluminium.
Da gibts keine bessere Wärmeleitfähigkeit zu entwickeln.
 
Die Abwärme ist doch letztlich nur die Energie, die nicht in Licht umgewandelt wird. Also werden die Hersteller wohl wie bisher daran arbeiten, die Effektivität der LED zu steigern, wodurch weniger Abwärme erzeugt wird, bzw. bei mehr Licht nicht mehr Abwärme erzeugt wird als bisher. Oder habe ich da was falsch verstanden?
 
Recht hast du natürlich. Aber wie schon jemand schrieb, sind da noch etwas über 30% zu holen. Danach geht es nur noch mit höheren Strömen oder mehr LEDs/ Chips.
 
Ich sehe noch ein gewisses Verbesserungspotential in der Farbwiedergabe mit LEDs

Und vielleicht gibt es in einigen Jahrzehnten ja eine ganz neue, effizientere Technik zur Lichterzeugung für diese Anwendungen... wer hätte denn vor 10, 20 Jahren an LEDs in dieser Leistungsklasse gedacht=?
 
Investigator schrieb:
Hallo Max,

jede Technik ist nach einer gewissen Zeit "ausgereizt".

Vor 30 Jahren stritt man sich darücher, ob ein CD-Player mit x-fach-Oversampling besser klingt als der CD-Player mit y-fach-Oversampling.
Heute ist das längst Schnee von gestern Technik ausgereizt- Ende Fahnenstange.

Die Lichtausbeute von LED kann noch um ~30-35% gesteigert werden, dann nähert man sich durch die Physik gesetzte Grenzen.

Wenn man die Wärmeabfuhr optimiert sollten größenordnungsmäßig 2000lm drin sein. Zumindest über begrenzte Zeitintervalle.

Die Energieversorgung ist imho weniger der limitierende Faktor...
Man denke nur mal an eine Maglight 5D und überlege sich mal, wie viel LiIonen-Power man in so ein Volumen unterbringen könnte.


Investigator
Zum Vergrößern anklicken....

ich denke auch nach 35% mehr ist noch lange nicht Schluss - vieleicht mit identischer Technologie, aber davon lässt sich die Menschheit schon lange nicht mehr aufhalten. Beispiel Lithografie, immer neue Methoden führen dazu das ehemalige Grenzen überwunden werden.

Schluss ist wahrscheinlich erst dann, wenn 99,9% der Energie in Licht

Somit ist auch der Wirkungsgrad die aktuelle Grenze, die Wärmeabfuhr ist kein Problem, wenn der Wirkungsgrad steigt.
 
Investigator schrieb:
Die Lichtausbeute von LED kann noch um ~30-35% gesteigert werden, dann nähert man sich durch die Physik gesetzte Grenzen.
Zum Vergrößern anklicken....
Jein.
Es ist eine deutlich höhere Steigerung möglich wenn man als Ziel nicht ein absolutes "Luxuxsweiß" haben will.

Deine Daten, auch die aus diesem älteren Beitrag, scheinen aus dem Wikipedia Artikel zur Lichtausbeute zu stammen:
Der von dir genannte maximale Wirkungsgrad von 30% gilt danach für weißes Licht das über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich homogen verteilt ist.
An beiden Enden des Bereichs muss damit viel Licht erzeugt werden das vom Auge aber kaum wahrgenommen wird.
Wenn man Bereich einschränkt und auf eine komplett homogene Verteilung verzichtet sind höhere Werte möglich.

Die 30-35% maximal mögliche Steigerung erhält man damit, wenn man von der derzeit effizientesten LED mit 150lm/W (aber nicht homogen weißem Licht) ausgeht und als Ziel eine LED mit perfekt weißem Licht (homogen von 380nm bis 740nm) mit einer Lichtausbeute von 205lm/W nimmt.

Stefan
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo Stefan,

wer will denn schon eine Taschenlampe, welche mit einem grün emittierenden Emitter (~540nm) bestückt ist?

"Luxusweiß" kenne ich nicht...


Es ist wohl absolut unstrittig, daß die meisten von uns keine grün leuchtende Taschenlampe haben wollen!
Wir wollen meist Taschenlampen, welche mehr oder weniger weißes Licht emittieren (realativ ausgeglichene Rot/Grün/Rot-Emission)
Und wir wollen Taschenlampen, welche eine gute Farbdarstellung ermöglichen (relativ vollständiges Spektrum).

Wenn man sich die Steigerung der Lichtausbeute bei LED als Funktion über die Zeit betrachtet, dann fällt sehr schnell auf, daß die Kurve bereits stark abflacht. Das deutet darauf hin, daß keine "Quantensprünge" mehr zu erwarten sind. Zumindest nicht mit LED.

Weißes Licht wird bekanntlich aus Rot Grün und Blau (edit: Rot durch Blau ersetzt) erzeugt.
Technisch kann man das folgendermaßen umsetzen:

Methode 1)
Man benutzt drei unterschiedliche LED, deren Peaks im Wellenlängenbereich der jeweiligen maximalen relativen Empfindlichkeit der Zapfen liegen (420nm, 530nm, 570nm).
Technisch ganz gut machbar.
Grüne LED werden "gemischt" dotiert (Indiumgalliumnitrid), was den Wirkungsgrad erheblich reduziert.
Der Teufel scheint im Detail zu stecken...

Methode 2)
Man benutzt eine monochrome LED und erzeugt die anderen Wellenlängenbereiche mit lumineszierenden Stoffen/Pigmenten.
Hier ist der Wirkungsgrad durch unterschiedliche Effekte ebenfalls begrenzt.


Per Definition ist ein Candela die Lichtstärke, welche von einem monochromatischen Leuchtmittel bei 540nm mit 1/685 Watt emittiert wird.
Würde 540nm-Licht (Maximum der Lamda-Kurve des menschl. Sehsinnessystems) mit einer 100%igen Lichtausbeute erzeugt werden, würde sich daraus rein mathematisch 685 Lumen pro Watt ergeben.
Das wäre das teheoretische Maximum bei 100%igem Wirkungsgrad.

Alles ein schwieriges Thema. Ein Emitter kann die eingesetzte elektrische Energie vollständig in Licht umsetzen und hätte nach unserer Definition dennoch einen schlechten Wirkunggrad, wenn der Peak des emittierten Lichts deutlich neben 540nm liegt...


Da es keinen 100%igen Wirkunsgrad gibt, und wir auserdem noch weißes Licht haben wollen, werden wir uns wohl die LED-Technik betreffend mit max. 150-200lumen zufrieden geben müssen. Zumindest bei den relativ hohen Lichtströmen, die man bei dieser Anwendung (Taschenlampe) generell haben will.


Captain Kirk auf Raumschiff Enterprise hätte sich mit so einem unausgereiften Mist nicht zufrieden gegeben- schon klar.
Wir müssen uns aber in der realen Welt jenseits des Doppel-Wharp-Antriebes zurechtfinden...

Investigator
 
Zuletzt bearbeitet:
Ach Pfeifadeggel,
irgendwie hatte ich genau eine solche Antwort befürchtet.
Ich habe aber weder Zeit für noch die Lust auf endlose Diskussionen, da musst du dir jemand anderen suchen.

Aber eine Frage habe ich doch.
Du schreibst
"Das deutet darauf hin, daß keine "Quantensprünge" mehr zu erwarten sind. Zumindest nicht mit LED."
und
"Da es keinen 100%igen Wirkunsgrad gibt, und wir auserdem noch weißes Licht haben wollen, werden wir uns wohl die LED-Technik betreffend mit max. 150-200lumen zufrieden geben müssen.".
Mit welcher anderen Technik ausser LEDs ist denn deiner Meinung nach mehr möglich?

Stefan
 
Hallo Stefan,

wie hoch ist der Wirkungsgrad eines Otto-Motors und um wie viel Prozent kann er in den nächsten 10 Jahren verbessert werden?

Den zweiten Teil der Frage wird kaum einer exakt beantworten können.

Wir werden aber darin übereinstimmen, daß bei Techniken, an denen schon über viele Jahrzehnte optimiert und geforscht wurde über die Jahre die Fortschritte sehr viel Aufwand erfordern (was oftmals das Grenze der Wirtschaftlichekit bedeutet), und/oder die Schritte immer kleiner werden.

In meinem Beitrag meinte ich natürlich 150-200lm/W.
Das sei hiermit verbessert.


Mit welcher anderen Technik ausser LEDs ist denn deiner Meinung nach mehr möglich?
Zum Vergrößern anklicken....

Mir ist DERZEIT keine bekannt.
Bekannt ist mir aber, daß Wirkungsgrade generell naturgemäß limitiert sind.


Investigator


PS:
Als Kinder haben wir auf dem Schulhof immer geträumt, was im Jahre 2000 so alles möglich sein würde. Das war so Anfang der 70er.
Zwar hat die Entwicklung in vielen Bereichen alle Vorstellungskraft gesprengt. Das meiste ist jedoch auch jetzt 9 Jahre nach diesem geheimnisvollen Datum "weltfremde" Phantasie geblieben ;-)
 
Zuletzt bearbeitet:
die Entwicklung der Halbleitertechnik mit der Entwicklung von Ottomotoren zu vergleichen kommt aber der Apfel/Birnen Problematik schon sehr nah.

Ich wage zu behaupten, das die Fortschritte im Halbleiterbereich in der selben Zeit wesentlich größer waren als im Motorenbereich.
 
Hallo Trabireiter,

am Ottomotor wurde eben seit über 100 Jahren gebastelt bis man an einem Punkt angelangt ist, wo man nennenswerte Steigerungen der Effizienz nur noch mit kaum vertetbarem Aufwand erreicht.

Dieses Schicksal blüht jeder Technik. Heute laufen die Innovationszyklen wesentlich rasanter, als noch vor 100 Jahren.
Haute wird international vernetzt geforscht und mit Hilfe leistungsfähiger Rechner.


Ich halte nicht sonderlich viel von Wikipedia- aber lies mal diesen Abschnitt ( http://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode ) :
Im September 2007 gelang es Cree im Labor, eine kaltweiße LED mit über 1000 lm bei einer Effizienz von 72 lm/W zu betreiben, die warmweiße Variante kam bei 52 lm/W immerhin noch auf 760 lm Lichtausbeute.
Zum Vergrößern anklicken....

1000 Lumen bei einer Effizienz von 72 Lumen/Watt im Labor unter höchstem technischen Aufwand. Möglicherweise Stickstoffkühlung oder ander Schnickschnack- keine Ahnung...
Das war 2007. Heuta mag es schon LED geben, welche etwas leistungsfähiger sind.
Die (Brutto-)Lichtausbeute der LED meiner Lampen, welche mit SSC P7 und Osram Ostar bestück sind, liegen in etwa in diesem Bereich (~65-70lm/W).

Ich halte die von mir genannten 150-200lm/W für eine LED mit hohen elektrischen Leistungen und einem Lichtstrom vom 1-2klm für ziemlich optimistisch. Nein- für zu optimistisch.
Diesbezüglich würde nun gerne etwas zurückrudern und bereue überhaupt etwas geschrieben zu haben... :rolleyes:

Investigator
 
Zuletzt bearbeitet:
Du musst dich einloggen oder registrieren, um hier zu antworten.
Zurück