[schmadde]

Lichterzeugung

Fürs Licht am Rad kommen im wesentlichen drei verschiedenen Technologien in Frage: Halogen, LED (Leuchtdioden) und HID (High Intensity Discharge - Gasentladungslampen). Alle haben ihre spezifischen Vor- und Nachteile, die ich noch detailliert darlegen werde. Zunächst interessiert allerdings der Lichtstrom. Möglichst hell solls sein und dabei (besonders für Akku-User interessant) auch noch möglichst wenig Energie verbrauchen. Die Effizienz eines Leuchtmittels hängt dabei primär von der verwendeten Technologie ab, wobei durch Modifikationen oder Betrieb ausserhalb der Spezifikation durchaus noch deutliche Effizienzgewinne möglich sind. Man beschreibt diesen Wirkungsgrad am besten durch Lumen pro Watt (lm/W). Zu beachten ist bei diesen Werten noch, dass die Optik auch noch einiges an Leistung frisst, also sollte man die Angaben nicht direkt in erreichbare Ausleuchtung umrechnen.

Halogenlampen

sind bei Fahrradbeleuchtung (noch) der Standard. Sie sind relativ effizient - man erreicht so ca. 12-28 lm/W. Bei den für Fahrradscheinwerfer üblichen HS3-"Birnen" gibt es erhebliche Serienstreuungen und sie bewegen sich eher am unteren Ende dieser Skala: Olaf Schultz hat mehrere HS3-Birnen vermessen und ist bei 6V/2,5W auf ca. 13lm/W gekommen. Die 6V/3W-Lampen (HPR64), erreichen schon bessere 16lm/W, 12V-Dynamolampen vom Typ HS4 sind mit fast 19lm/W dann schon recht gut. Dennoch bekommt man bei Halogen-Lampen derzeit noch das meiste Licht fürs Geld. Die 28lm/W werden nur von speziellen Typen erreicht, insbesonderen von den IRC-Lampen von Osram. IRC steht hier für InfraRed Coating - eine Beschichtung im Glaskolben, die, salopp gesagt, Wärmestrahlung zurückbehält und so die Effizienz erhöht (genauer kann man das z.B. bei Osram nachlesen). Leider gibt es solche Lampen nicht in Strassentauglichen Leistungsklassen - IRC fängt erst bei 20W an.

Besonders interessant bei Halogenlampen ist die Tatsache, dass bei Überspannung die Lichtausbeute exponentiell ansteigt. So kann man z.B. bei 20% Überspannung (also z.B. 14,4V LiIon-Akku statt 12V) 180% Lichtstrom herausholen - nahezu das doppelte! Damit wird eine 20W IRC so hell wie eine High-End-HID-Leuchte. Man bezahlt das allerdings mit einer erheblichen Verkürzung der Lebensdauer. Die ist bei Halogenlampen ohnehin nicht so furchtbar toll. Dynamolicht-Fahrer kennen das: Jeden Winter sind mehrere "Birnchen" fällig.

Ein weiteres Problem ist, dass diese Exponentialfunktion auch in die andere Richtung wirkt - sinkt die Spannung des Akkus um ein paar Prozent wegen Kälte oder weil die Rest-Kapazität zur Neige geht, wird die Lampe seeehr schnell dunkel.

Da Halogenlampen keine sehr steile U/I-Kennlinie haben, kann man sie problemlos ohne weitere Elektronik an Spannungsquellen (wie Akkus) anschliessen - das funktioniert sogar mit Wechselspannung.

Fazit: Most bang for the buck. Viel Licht für wenig Geld, bei häufiger Nutzung relativiert sich das etwas, weil oft getauscht werden muss. Erschütterungsempfindlich und bei Spannungsabfall wirds schnell zappenduster. Die interessanten Lampen brauchen 12V Versorgung und ziehen >=20W, was meist schwere oder teure Akkus bedeutet.

LED - Leuchtdioden

Die im Moment erfolgversprechendste Technologie. Derzeit käufliche Leistungen liegen so bei 30lm/W (z.B. Luxeon), wobei im Labor durchaus schon Werte über 70lm/W gemessen worden sind. Es kommen aber gerade Hersteller auf den Markt mit LEDs, die lt. Datenblatt über 60lm/W liefern sollen. Der Hersteller "Cree" verspricht für sein Produkt "X-Lamp 7090 XR-E" bei Betrieb mit ca. 1W eine Lichtausbeute von 70 lm/W in Massenproduktion. Speziell selektierte Exemplare sollen bis 85 lm/W liefern, was sonst grade mal die besten HID-Lampen schaffen. Ich bin gespannt - die ersten drei Crees sind schon unterwegs zu mir. LEDs entwickeln sich rasant und ich denke, sie werden ein ein paar Jahren Halogenlampen aus vielen Bereichen verdrängt haben. Üblich sind LED Module mit 1W 2/3W und 5W, wobei vor kurzem auch Typen mit 10W und 20W auf den Markt gekommen sind. Die höchste Verbreitung haben wohl derzeit die Luxeon-Produkte der Firma Lumileds, sie kommen auch bei den meisten Eigenbauprojekten zum Einsatz. Es gibt allerdings mittlerweile einige interessante Konkurrenten.

Bei Luxeons sind die 1W LEDs derzeit am effizientesten, wobei die 2/3W-Typen nicht weit hinterherhinken. Die 5W Typen sind teuer, deutlich weniger effizient und lassen sich mit den gängigen Optiken nicht vernünftig bündeln - kommen also für Radlampen eher nicht so in Frage. Letzteres gilt noch viel mehr für die 10 und 20W Typen - deren Chipfläche ist so groß, dass mit keiner verfügbaren Optik eine Farzeugtauglichen Bündelung drin ist. Da hier sehr viel Wärme auf sehr kleinem Raum erzeugt wird, ist Kühlung bei LEDs eines der größten Probleme beim Scheinwerferbau. Die Effizienz der LEDs hängt in erheblichem Maße von der Halbleitertemperatur ab, also ist auch bei Kauflampen darauf zu achten, dass sie sehr gut gekühlt sind - denn in warmem Zustand fressen sie zwar genausoviel Leistung wie "eine gute" aber sie geben erheblich weniger Licht ab.

Besonders interessant an LEDs ist, dass sie bei geringerer Leistung effizienter werden - wie weit das funktioniert, muss allerdings ausprobiert werden. Die Hersteller wollen da nix garantieren. Ein schwächelnder Akku lässt einen nicht so schnell im Dunkeln stehen. Für Dynamobetrieb ist das natürlich ideal. Der Nennstrom von 700mA, der für die 2/3W Luxeon LEDs vorgeschrieben wird passt so gut zu den 500-560mA eines gängigen Nabendynamos, dass man sie mit einem Gleichrichter und einem Kondensator direkt an den Dynamo anschliessen kann. Cool ist dabei, dass die LEDs schon bei Schrittgeschwindigkeit brauchbares Licht abgeben.

Will man LEDs an Akkus anschliessen, braucht man eine Konstantstromquelle. LEDs verhalten sich eben nicht wie Ohmsche Widerstände, sondern haben eine exponentielle Strom-Spannungskennline und der Widerstand ist auch noch temperaturabhängig. Also muss man zwingend den Strom begrenzen - am vernünftigsten geht das mit einer Konstantstrom-Schaltung. Wer kein Elektronik-Guru ist, kauft so etwas am besten fertig. Bei Dynamos stellt sich das Problem nicht, da diese konstruktionsbedingt den Strom begrenzen.

Weitere Vorteile der LED: sehr hohe Lebensdauer - wenn man sie nicht gerade mit zu hohem Strom grillt, leben sie praktisch ewig. Bei Alterung verringert sich lediglich die maximal erzielbare Helligkeit. Ausserdem sind sie gegenüber Erschütterungen unempfindlich. Gut für uns, die wir in Kopfsteinpflaster-City wohnen.

Nachteile: Stromregelung nötig für Akkus, aufwändige Kühlung, gute Optiken schwer erhältlich. Fertige STVZO-Konforme Scheinwerfer haben fast ausschliesslich die funzeligen 1W LEDs verbaut. Einzige Ausnahme der nicht zugelassene Inoled 20+ (hohe Serienstreuung, und die 2W-Version ist auch nicht zugelassen, trotz zulassungskompatibler Optik) und der angekündigte IXON Speed von bumm.

Fazit: Eigenbau gut für Dynamobeleuchtung, wenn man nicht sehr viel Licht benötigt auch für alle anderen Anwendungen ideal, weil langlebig, zuverlässig und effizient. Zwar nicht heller als die besten Halogenlampen, aber man wird sehr viel besser gesehen. Ist auch nicht so teuer wie HID.

HID - Gasentladungslampen

Jetzt kommt die Königsklasse der Leuchtmittel: Die "High Intensity Discharge" alias Gasentladungslampe, im Volksmund auch Xenon-Licht genannt. Die Effizienz liegt bei guten Brennern so um die 60lm/W, was für Fahrradlampen mit Abstand der beste Wert ist (allerdings derzeit dicht gefolgt von LEDs). Man ist allerdings auf 10W Modelle beschränkt, es sei denn man braucht *noch* mehr Licht, da gehts bis 35W (wie beim Auto üblich). 10W HID ist allerdings schon eine ganze Menge.

Bei dieser Technologie ist eigentlich alles speziell und teuer. Brenner mit geringer Leistung (10W) gibts nur von zwei Herstellern, WA und Brightstar, wobei Brightstar ein Fernost-Hersteller, der nicht den Ruf von uneingeschränkt guter Qualität geniesst - immerhin waren die Teile bis vor kurzem noch recht günstig zu beschaffen. Zum Brenner gehört noch der sogenannte Ballast, der für das Zünden des Lichtbogens zuständig ist. Bei der Effizienzbetrachtung sollte man nicht vergessen, dass der Ballast, der zum Betrieb zwingend notwendig ist, einen Teil der Effizienz auffrisst. Beim 10W-Sytem von WA zieht der Ballast wohl 3W für sich selbst ab. Olaf Schultz hat auch ein WA-System mit 10W vermessen und kam da auf eine Effizienz von 40lm/W und eine Lichtuausbeute von ca. 450lm - der gleiche Brenner in der Lupine Edison mit Lupine-eigener Elektronik kommt nach Herstellerangaben auf ca. 60lm/W und 900lm im 16W-Betrieb.

Die Lebensdauer von HID-Brennern wird im Wesentlichen von der Anzahl der Starts bestimmt. Als Fernlicht, das man bei Bedarf zuschaltet ist so eine Lampe also gar nicht zu gebrauchen - sie würde nicht lange halten. Bei KFZ-Fernlicht auf HID-Basis wird fürs Fernlicht eine Optik vor den Brenner gedreht. Hugo verspricht sich von seinem Welch-Allyn-Brenner eine Lebensdauer von 300-500 Starts, muss mal nachgucken, was der Hersteller dazu sagt.

Vorteile: sehr viel Licht bei wenig Leistungsaufnahme, absolut sehr viel Lichtausbeute. Leuchtmittel relativ langlebig.

Nachteile: sehr teuer, kann bei rauher Behandlung eher kaputtgehen als LED, Ersatzbrenner auch sehr teuer, nur minimal 10W erhältlich (was etwa 20-30W Halogen entspricht - das brauchen eigentlich nur Waldradler). Es gibt bisher keine STVZO-Zugelassenen (Fahrrad-)Lampen. Das ändert sich aber gerade mit der Big Bang von Busch und Müller. Ich bin gespannt.

Fazit: Wenn Geld keine Rolex spielt ist das die Lampe der Wahl. Das Beste vom Besten gibts bei Lupine für schlappe 900€ incl. Akku.