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FF4 Strom/Spannung/Lichtleistung

sma

Flashaholic**
8 Januar 2011
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In Ulm, um, und herum
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Sidecar hat sich kürzlich gefragt, ob die Fire-Foxes anstandslos 4.35V Zellen verträgt. Ich ging davon aus, daß es kein Überspannungsproblem gibt, weil EVGs gut regeln. Andererseits überlegt man ja doch vor dem Ausprobieren, wenn man dazu gar keine Informationen findet. Sidecar hat's getestet: Auch hoch belastbare 4.35V-Zellen gehen anstandslos.

Dabei wurde ich sehr neugierig darauf, welchen Strom sich die FF4 bei welcher Spannung genehmigt und welche Lichtleistung sie dann hat. Und gelegentlich kam ja auch schon die Frage auf, bei welcher Unterspannung die FF4 eigentlich abschaltet.

Ich habe mir die ganze Sache bei meiner FF4 mal näher angesehen. Hier sind Messungen bei 40W und 60W. Ich habe ein Labornetzgerät direkt an die FF4 angeschlossen:



Ich habe dann jeweils den Strom zur eingestellten Spannung gemessen, und gleichzeitig die Lux an einer festen Stelle (aber nicht direkt im Spot). Damit hat man ein Maß für die Lumen, unter der Annahme, daß der Lichtbogen seine Form bei einer Helligkeitsänderung nicht zu sehr ändert. Eine echte Lumenmessung oder Lichtstärkemessung war mir zu fummelig.

Mit einem Lüfter habe ich die FF4 auf angenehmer Temperatur gehalten.

Hier die aufgenommen Gesamtleistung in Abhängigkeit von der vorgegebenen Spannung.
Außerdem dazu der Lichtstrom (in Prozent umgerechnet), das sagt etwas über den Wirkungsgrad des EVGs aus.

Bei 40W:


und bei 60W




Abschaltspannung (die erste)

Ich hatte irgendwo mal was von 10.5V Abschaltspannung gelesen. Ich war etwas überrascht, daß die Leuchte problemlos bis unter 8V ging. Ich habe nicht ausprobiert, ob die Leuchte irgendwann doch abschaltet. Ich wäre zwar neugierig, bin aber vorsichtig, denn falls die Leuchte das nicht tut, zieht sie vielleicht immer mehr Strom und am Ende überhitzt noch irgendein Bauteil. Es ist ja auch eine völlig künstliche Belastung, denn man wird eine FF4 in der Praxis nie unterhalb von 2V Zellenspannung betreiben.

Nachtrag:
Soweit zum EVG. Aber da gibt es ja noch den Akkuträger! Und siehe da, der hat eine eigene Elektronik:




Ich hab's zuerst mit Krokoklemmen probiert, aber da sind die Kontaktwiderstände zu hoch und es kommen keine vernünftigen Werte rum. Also habe ich Kabel direkt an das weiße und grüne Kabel im Träger angelötet und nun ergeben sich auch feste Abschaltspannungen. Bei mir sind das:

60W: 11.3 V
40W: 10.8 V
24W: 10.8V



Wirkunsggrad


Ich habe die Kurven für aufgenommene Leistung und Lichtleistung bei 100% aufeinandergelegt. So sieht man gut, wie der Wirkungsgrad bei niedrigen Spannungen sinkt: die Lichtleistung fällt stärker ab als die aufgenommene Leistung. Wenn man bei optimaler Leistung von 85-90% Wirkungsgrad ausgeht, dann hat die Leuchte bei 7.8V noch 70-75% Wirkungsgrad. Das EVG nimmt dann insgesamt zwar weniger Leistung auf, intern wird aber mehr Verlust frei.

Stromaufnahme

Da ich auf die Schnelle nicht herausfand, wie man mehrere Skalen in der Y-Achse unterbringt, hier noch extra Diagramme für die Stromaufnahme, ebenfalls für 40W und 60W:





Abschaltspannung (die zweite)

Was ich außerdem probiert habe, war die Strombegrenzung langsam unter den Wert zu stellen, den sich die Leuchte selbst genehmigt. Und siehe da, die Leuchte schaltet dann sofort ab.

=> Das bedeutet, die FF4 (Edit: ihr EVG) hat keine feste Spannungsschwelle, unterhalb derer sie abschaltet (zumindest nicht oberhalb von 8V). Sondern sie schaltet nur dann ab, wenn die Akkus nicht mehr zu 100% den geforderten Strom liefern. Der nimmt aber bei abnehmender Spannung zu. Letztendlich werden die Akkus dennoch nicht geschädigt, sondern am Ende ganz kurz in ihre Verzweiflung getrieben, einfach weil die Stromaufnahme zu groß für sie wird und das EVG auf diese Weise abschaltet. Korrektur: den Teil mit der Unterspannung erledigt der Batterieträger (siehe oben). Falls man Akkus drin hat, die ihre Spannung halten (bei mir 2.7V pro Zelle) aber im Strom einknicken, dann schaltet nicht der Akkuträger sondern das EVG ab. Das wären dann also Akkus mit höherem Innenwiderstand. Ich frage mich gerade noch, ob das in der Praxis auftreten kann, oder ob letztlich doch auch die Spannung einbricht. Vielleicht war das ja mit ein Grund, daß der Akkuträger nur für ungeschützte Zellen ausgelegt ist. Geschützte Zellen mit hohem Innenwiderstand könnten im Strom einbrechen, ohne in Unterspannung zu gehen.

Laufzeit

Wenn man also für einen bestimmten Akkutyp ganz genau wissen wollte, welche Kapazität man ihm in der FF4 entnehmen kann, könnte man das mit einem Zwischenschritt in obigem Diagramm machen.
Nachtrag: aber nur, falls die Akkus Spannung halten und nicht genug Strom liefern.


Ein Beispielvergleich bei 40W mit dem Batteriekomparator von HKJ (link), der bis 2.8V geht, da brechen Zellen typischerweise ein. Dazu wären also lt. Diagramm (11.2V) ~5A erforderlich.
- die Panasonic NCR18650B schaffen da ~3100mAh
- die LG D1 schaffen ~2800 mAh. Sie haben zwar eine viel bessere Spannungslage, die bringt hier aber nicht so viel, weil das EVG ja nicht aufgrund der Spannung abschaltet.
Andersrum betrachtet ist es natürlich zwingend, daß die Akkus den geforderten Strom bei einer jeweiligen Spannung liefern, wenn man dort noch Laufzeit erwartet.

Allerdings kommen im Akkuträger noch die Widerstände der Kontakte, Federn und des Schalters hinzu. Hier könnte man weiter messen.


Lichtleistung in Abhängigkeit von der Temperatur

Ich habe die Lampe dann mal richtig heißlaufenlassen und mit einem Hand-IR-Thermometer die Temperatur verfolgt. Bis ca. 53-55°C Kopftemperatur bricht die Lichtleistung bei 40W praktisch nicht ein. Das hat mich überrascht, denn die Polarion PH50 z.B. reagiert hier merklich, siehe PH50 Helligkeit über die Laufzeit (link). (Die abnehmende Leichtleistung über den Akkuladestand ist nicht nicht der Punkt, sondern die zunehmende Lichtleistung bei plötzlicher Kühlung.) Vielleicht ist das ein Zeichen für ein gut konstruiertes FF4-EVG. Oder die PH50 regelt absichtlich runter. Bei 60W konnte ich auch nichts besonderes feststellen, hier ist es aber schwerer zu verfolgen, weil die Leuchte bei hoher Temperatur automatisch runterschaltet.
 
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