Lumen, Lux, Watt? Welchen Angaben der Taschenlampenhersteller kann ich trauen?

Wie viel Helligkeit brauche ich im Light Painting?

Für ein Lightpainting wie das auf der rechten Seite genügen Lampen mit einem Bruchteil der Helligkeit der X21R.2. Der Raum war komplett dunkel, es ist keine Person im Bild die still halten muss und ich kann den Abstand zwischen Kamera und Licht frei wählen. Es ist relativ egal wie lange ich belichte und mit welcher  Blende ich dieses Light Painting aufnehme.

Hier habe ich 3 Led Lenser M3R benutzt. Diese liefern in der höchsten Stufe ca. 200 Lumen. 

Das Lightpainting habe ich mit der Nikon D750 und dem Meyer Optik Görlitz 35mm/f2 aufgenommen. Eingestellt hatte ich Blende 8 und ISO 100. Die Belichtungszeit betrug 98 Sekunden.

Eine weitere von uns häufig für solche Bilder verwendete Lampe ist die Led Lenser P5R.2 mit 270 Lumen.

 

Auch andere kleine Lampen mit einer Helligkeit von 150 bis 400 Lumen kann man gut für diese Art von Light Painting verwenden. Zu hell sollte die Lampe hier allerdings nicht sein, die Gefahr, dass Teile der Lichtfigur ausbrennen wäre dann recht groß.

Das hängt natürlich stark vom Einsatzzweck ab. Im Bild auf der linken Seite halte ich eine Led Lenser X21R.2 in der Hand. In der höchsten Stufe liefert diese 3200 Lumen, fast wäre ein Flugzeug auf dem Teufelsberg gelandet ;-) Mit weniger Helligkeit hätte ich länger ruhig in der Position stehen bleiben müssen. Vermutlich hätte ich die Lampe nicht viel länger ruhig halten können; das Bild wäre also so nicht möglich gewesen.

Mit einer zweiten X21R.2 mit oranger Farbfilterfolie hat Marla gleichzeitig die Umgebung ausgeleuchtet. Für das blaue Licht in der Kugel hatten wir einen RGB-Scheinwerfer mit einer Leistung von 10 Watt in der Kugel platziert. Wie wir diese Scheinwerfer für den Betrieb mit Akkus umrüsten erfährst Du hier.

Der Rest der Szene wurde von den Lichtern der Stadt ausgeleuchtet. Womit wir gleich beim nächsten Problem sind. Die Lichter der Stadt wären völlig ausgebrannt wenn wir länger belichtet hätten. 


2000 Lumen für 10€, angetrieben von 3 AAA Batterien?

Hier kannst Du das Schmuckstück bewundern: http://amzn.to/2Ga7IlV

 

 

Genau, und die Erde ist eine Scheibe, getragen von 4 Elefanten, die auf dem Rücken einer Schildkröte durch den Ozean der Unendlichkeit schwimmen... ausgerüstet mit solchen Lampen, damit sie was sehen beim schwimmen.


Bei solchen Angeboten sagt der Verstand sofort, dass da was nicht stimmen kann auch wenn man nicht 18 Semester Elektrotechnik studiert hat. Anscheinend gibt es aber genug Leute die trotzdem solche Lampen kaufen. Dem Verkäufer nachzuweisen, dass er falsche Angaben macht ist nicht ganz so einfach. Wer hat schon eine Ulbricht-Kugel zu Hause um das überprüfen zu können?  Und einen Gutachter wird wohl bei dem geringen Preis für die Lampe auch niemand beauftragen. Also kann der Mann aus Fernost fast immer ungestraft solche Lampen auch in Europa verkaufen.

 

Dann gehen wir mal rechnerisch an die Sache ran. Um eine Helligkeit von 2000 Lumen aus einer (Taschen)Lampe zu kitzeln brauche ich eine Leistung der LED von ca. 30 Watt. Gebaut werden solche LED's, auch auf 20 mm Sternplatinen, welche in die meisten Taschenlampengehäuse passen würden. Eine dieser LED's kostet ca. 18€. Selbst wenn der chinesische Hersteller die  Dinger für den halben Preis einkaufen kann passt das überhaupt nicht zum Verkaufspreis von 10€ für die komplette Lampe.

 

P=U*I - Leistung=Spannung mal Strom

Über den Betrieb mit den AAA Batterien reden wir lieber erst gar nicht. Mehr als 0,5 Ampere kann solch eine kleine Batterie nicht abgeben, egal ob teure Markenbatterie oder die günstige Variante vom Discounter.

Wir stecken mal einen 18650er Akku in die Lampe, gute Zellen können den benötigten Strom locker liefern. Hochstromfähige 18650er Akkus können (kurzzeitg) Ströme von 30 Ampere oder mehr abgeben ohne Schaden zu nehmen.

 

Also haben wir 30 Watt und die 3,7 Volt der Lithium-Zelle. Ergibt einen Strom von ca. 8,2 Ampere. Ein teurer, guter Akku dieser Größe hat eine Kapazität von realistischen 3000 mAh. Spätestens nach 13 Minuten hätte der Akku die Entladeschlußspannung erreicht.  Die Hersteller der Akkus geben diese meist mit Werten zwischen 2,7 und 3 Volt an. Wird die Lithium-Zelle unter 2,5 Volt entladen ist die Stabilität des Elektrolyten gefährdet. Im günstigsten Fall verringert das Entladen unter die Entladeschlußspannung drastisch Kapazität und Lebensdauer. Mit weniger Glück ist die Zelle ein Fall für die fachgerechte Entsorgung.

 

Vermutlich wird die Lampe von oben mit frisch geladenem Akku allerdings mindestens 1,5 Stunden leuchten. 

 

Wirkungsgrad

Eigentlich ganz einfach, oder? Der Wirkungsgrad gibt an wie viel Prozent der zugeführten Energie in Licht und wie viel Energie in sogenannte Verlustenergie umgewandelt wird. Wenn ich die Lampe im Winter benutze und mir mit der Wärme, der sog. Verlustenergie, die Hände wärme liegt der Wirkungsgrad meiner Meinung nach bei 100 Prozent, ich nutze die gesamte Energie schließlich für meine Zwecke. Das sollte man den Bürokraten, die die Glühlampe verboten haben, mal erklären. Während der Heizperiode hat jedes Leuchtmittel in beheizten Räumen 100 Prozent Wirkungsgrad, und im Sommer läuft die Lampe kaum weil es länger hell ist. Aber ich schweife ab.

Der Wirkungsgrad unserer 30 Watt LED liegt bei ungefähr 50 Prozent. Über den Daumen 15 Watt werden also in Wärme umgewandelt. Die Lampe dürfte innerhalb einer halben Minute 70°C Oberflächentemperatur haben. Das Gehäuse ist nicht groß, das bisschen an Material kann die Wärme nicht gut ableiten. Niemand könnte die Funzel dann noch in den bloßen Händen halten. Bei Temperaturen über 75°C werden sowohl Treiber als auch LED Schaden nehmen. 

 

Fazit
Die Lampe aus unserem Beispiel dürfte nicht mehr als 200 Lumen haben. Für die 10 Euronen muss man sich allerdings auch nicht darüber ärgern, man sollte eben nur wissen was technisch möglich und realistisch ist. 

Kann man den Angaben der namhaften Hersteller vertrauen?

Sicher haben namhafte Hersteller wie Led Lenser saubere Prüfprotokolle für ihre Lampen. Die angegebene Helligkeit wird wohl stimmen. Allerdings meinen auch solche Hersteller das Rennen um immer größere Lumen-Angaben gewinnen zu müssen. Allerdings kann auch Led Lenser die Gesetze der Physik nicht überlisten. Also wird bei neueren Lampen immer mehr mit recht fragwürdigen Tricks gearbeitet.

 

Vergleichen wir mal die Herstellerangaben für die alte P5R.2 mit der neuen P5R:
P5R.2 - 270 Lumen, Laufzeit 12 Stunden, 2,6 Wh Akku
P5R (neu) - 420 Lumen, Laufzeit 15 Stunden, 2,6 Wh Akku


Der Akku ist in beiden Lampen gleich. Und die neue Version soll bei ca. 1,5-facher Helligkeit 3 Stunden länger leuchten? Wie soll das funktionieren? Der Wirkungsgrad der LED's hat sich in den letzten Jahren nicht exorbitant erhöht. Die Angabe der Laufzeit bezieht sich auf die niedrige Helligkeitsstufe. Bei der neuen P5R ist die kleinste Helligkeit mit 20 (in Worten ZWANZIG) Lumen angegeben.  Was will ich mit 20 Lumen? Da kauf ich mir lieber 'ne Schachtel Streichhölzer. Aber 15 Stunden hören sich im Werbeprospekt wirklich gut an, oder? 

 

Die Laufzeit der P5R.2 mit frisch geladenem Akku in voller Helligkeit beträgt ca. 35 Minuten. Wenn die neue P5R tatsächlich 420 Lumen liefern würde und der Akku gleich ist müsste sie nach spätestens 20 Minute ausgehen weil der Akku leer ist. Die Lampe läuft in der Realität allerdings um einiges länger. Kurz nach dem Einschalten liefert die Lampe sicher die angegebenen 420 Lumen. Nach einigen Sekunden wird allerdings die Helligkeit durch die Elektronik in der Lampe reduziert. Was soll dieser Quatsch? Mit bloßen Auge ist das erst nach einer längeren Zeit und erneutem aus- und einschalten sichtbar, die Kamera, mir der ich das Light Painting aufnehme sieht das allerdings sofort.

Auch die P5R.2 reduziert mit abnehmenden Ladestand des Akkus die Helligkeit etwas. Allerdings habe ich bei 50% Kapazität des Akkus sicher noch mehr als 200 Lumen. Die P5R wird wohl bei 50% Kapazität nicht einmal mehr die Hälfte der 420 Lumen liefern. Sauber messen und überprüfen  kann ich das allerdings nicht, aber der Kamerasensor ist ein guter Anhaltspunkt. 

 

Auch die Angaben des Mitbewerbers Walther sind in meinen Augen etwas fragwürdig. Mit der PL55r bauen sie eine recht ähnliche Lampe. 
Diese verfügt über 3 Helligkeitstufen: 650 / 280 / 70 Lumen. Als Akku kommt ein 14500 zum Einsatz, ähnlich wie bei der P5R. Die Laufzeiten für die Stufen gibt Walther mit 1:15 / 3:30 / 11 Stunden an. Die Lampe soll mit 650 Lumen über eine Stunde lang leuchten? Ich kann das leider nicht überprüfen weil ich diese Lampe nicht besitze, besonders glaubwürdig erscheint mir das jedenfalls nicht. Vermutlich wird hier die Helligkeit noch stärker und schneller herunter geregelt als bei den Led Lenser Lampen.

Wie kann man die Angaben der Hersteller überprüfen?

Für die meisten Einsatzzwecke außerhalb des Light Painting ist es kaum wichtig ob die Lampe tatsächlich die angegebene Lichtleistung hat und ob diese während des Betriebs reduziert wird. Da interessieren mich ganz andere Eigenschaften der Taschenlampe, eine gewisse Helligkeit sollte die Lampe aber immer haben.

Laufzeit

Einen ersten Anhaltspunkt liefert die Laufzeit. Wenn die Lampe mit der halbwegs vertrauenswürdigen Angabe von 600 Lumen mit einem 18650er Akku 2 Stunden leuchtet und eine Lampe mit angeblich 1200 Lumen mit dem gleichen Akku genauso lange läuft kann etwas nicht stimmen. Wenn die Helligkeit doppelt so hoch ist, ist die Leistung der LED doppelt so groß, der Strom verdoppelt sich, die Kapazität des Akkus ist gleich, also halbiert sich zwangsläufig die Laufzeit. 


Testaufnahmen mit der Kamera

Die Belichtungsmessung der Kamera ist natürlich nicht mit einem kalibrierten Messgerät vergleichbar, aber einen einfachen, groben Vergleich ermöglicht sie schon. 

Der Aufbau könnte folgendermaßen aussehen:
Die Kamera sollte unbedingt auf einem Stativ befestigt sein. Brennweite, ISO und Blende dürfen nicht verändert werden. Die Kamera wird mit einem festen Abstand genau parallel zu einer weißen Wand aufgestellt. In den Raum sollte keinerlei zusätzliches Licht von außen eindringen.

Nun leuchten wir aus jeweils gleichen Abstand und Winkel mit den Lampen gegen die Wand. Am besten stecken wir die Lampe ebenfalls auf ein Stativ. Bei fokussierbaren Lampen muss der Fokus bei allen Lampen gleich eingestellt werden. Beim Vergleich mit nicht fokussierbaren Lampen sollte der Lichtkegel  der fokussierbaren Lampe möglichst genau an den nicht fokussierten Kegel angepasst werden.

Wenn jetzt die Belichtungsmessung mit den 600 Lumen der M7RX  einen Wert von 1/10 Sekunde ergibt und die Kamera auf das Licht der Lampe mit den angeblichen 2000 Lumen genauso lange oder gar länger belichtet ist ziemlich sicher, dass die 2000 Lumen nicht annähernd der Wahrheit entsprechen.

Genauso kann man mit dieser Methode testen wie schnell und stark die Helligkeit runtergeregelt wird. Wenn die Belichtungszeit für die P5R sofort nach dem Einschalten 1/20 Sekunde beträgt und nach 1 Minute 1/10 dann hat die Lampe die Helligkeit um ca. die Hälfte reduziert.

Pulseweitenmodulation (PWM)

Im Bild links ist das ganz gut zu sehen. Die Lampe schaltet sehr schnell ein und aus. Für das Auge ist das zu schnell um wahrgenommen zu werden, die Kamera sieht das allerdings, die Lichtspur ist in kurzen Abständen unterbrochen. Diese Technik wird eingesetzt um die Helligkeit zu verringern. Im Beispielbild kam eine Led Lenser M3R in der niedrigen Helligkeitsstufe zum Einsatz. Bei voller Helligkeit ist die Lichtspur nicht unterbrochen.

Für den Test mit der Belichtungsmessung sollte man immer die Lampe mit voller Helligkeit betreiben, ein Vergleich wird sonst etwas verfälscht. Viele Lampen reduzieren die Helligkeit ohne PWM, es wird einfach der Strom reduziert. 


Gibt es Alternativen?

Einige Hersteller von Taschenlampen geben genau an welche LED sie verbauen und mit welchem Strom sie diese betreiben. Also sind Leistung, Spannung und Strom klar; die Helligkeit lässt sich somit recht gut bestimmen auch ohne sie zu messen. 

Hier mal ein Beispiel für solch eine Lampe: Convoy C8 
Angegeben sind 11,76 Watt, ein Strom von 2,8 Ampere und eine Spannung von 3,7 Volt. Der LED-Treiber nutzt mit 2,8 Ampere die Leistung nicht ganz aus, rechnerisch sind das nur  10,36 Watt. Aber die Angaben passen zueinander. Ob die Lampe jetzt tatsächlich die versprochenen 1000 Lumen abliefert ist nicht so wichtig, 800 werden es wohl bei den Werten von oben aber  mindestens sein.  Über das recht große Gehäuse der Lampe wird die Wärme gut nach außen abtransportiert. 

Ein weiterer Vorteil solcher Lampen ist, dass sie meist nicht die Helligkeit künstlich reduzieren. Die Lampe leuchtet nach 10 Minuten in fast der gleichen Helligkeit wie kurz nach dem Einschalten, egal in welcher Stufe ich sie betreibe. 

Aber wo Licht ist, ist auch Schatten. Bisher konnte ich keine dieser Lampen mit einem (guten) Fokussystem finden. 

DIY

Was der Light Painter nicht kaufen kann baut er selbst. Warum nicht einfach Taschenlampen genau nach den eigenen Bedürfnissen bauen?

Mit den geeigneten Lampen bzw. leeren Lampengehäusen ist das gar nicht so schwierig wie man erstmal meinen mag. Darüber hinaus braucht man die passende LED und einen passenden Treiber.  Beim Verkauf der Treiber und LED's können die Verkäufer nicht so sehr schummeln. Wenn der Treiber anstatt 2,8 nur 1 Ampere liefert werden die meisten Kunden die Dinger wohl wieder zurück schicken. Wer so etwas kauft kann sicher mit einem Multimeter umgehen und den Strom messen.

 

Das im Bild rechts wird eine Lampe mit 4 Farben: weiß, rot, grün und blau. ... es sei denn ich werfe den Mist aus dem Fenster weil ich mir mit dem Lötkolben die Finger verbrannt habe. ;-)

Ein billiger Spaß ist das allerdings nicht, ohne Akku kostet der "Bausatz" ca 25€. Und 1 bis 2 Stunden wird man wohl fummeln müssen bis das Schmuckstück leuchtet. Der Durchmesser des Lampenkopfes beträgt gerade einmal 20 Millimeter.

 

Demnächst werde ich etwas ausführlicher über dieses Thema berichten.

 

Bis dahin wünsche ich Dir allzeit gutes Licht
Sven


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