Lumen, Winkel und Candela ....

Unser Wiki: Erläuterung und Definitionen für Begriffe wie "SMD", "mcd", "Lumen" usw.

Moderator: T.Hoffmann

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Oldman
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Do, 01.08.13, 15:49

Hallo,
Leute, ich steh auf dem Schlauch - bitte erleuchtet mich.
Die Nichia 5mm LED weiß 30000mcd 15° NSPW500GS-K1
http://www.leds.de/Low-Mid-Power-LEDs/L ... GS-K1.html
soll bei 30000 mcd und 15° Abstrahlwinkel rund 11 lm bei 30 mA und ca. 0,1W bringen. Das liest man gerne.
Bemühe ich aber den Lumen-Candela-Rechner
http://www.leds.de/Candela-zu-Lumen/
dann sind es (mit 15°) entweder 1,62 lm bei 30000 mcd oder über 200 tausend mcd (also 200 cd) bei 11 lm.
Wo liegt mein Fehler?
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ben_c
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Do, 01.08.13, 16:04

Vielleicht ist 15° nur der Halbwinkel. Insgesamt also 30°, damit würde es ungefähr passen.
..ist aber jetzt nur auf die schnelle geraten :)
Oldman
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Do, 01.08.13, 20:34

Naja, Halbwinkel ist gut, das müßten um die 40° Gard sein, damit es paßt.
So richtig habe ich das ganze aber noch nicht verstanden. Ich suche LEDs, die über einen relativ geringen Winkel ohne Kühlung möglichst viel Licht geben (weil ein breites Abstahlen bzw. eine breite Ausleuchtung nicht erforderlich ist), und zwar ohne Optik. Da dachte ich, daß eine solche LED mit 11 lm, 30000 mcd und akzeptablen 15° gerade richtig ist, auch preislich. Wäre denn von vorne betrachtet eine solche LED heller oder eine mit 11 lm, 30000mcd und 40°?
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stoske
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Do, 01.08.13, 23:11

Das Diagramm zum Abstrahlwinkel findet man im Datenblatt. Da die Umrechnung
von Candela über den Winkel nach Lumen von einer gleichmäßigen Verteilung
ausgeht, nimmt man für die Berechnung den Winkel, bei dem die Intensität der
LED auf 50% gesunken ist, das sind hier 9 Grad. Da es ein Halbwinkel ist, kommen
wir auf 18 Grad. Das ergeben 2.3 Lumen bei 3.2 Volt, 20 mA und 0.064 Watt
was dann so 36 Lm/W ergeben. Was mir sehr wenig erscheint, besser wüsste ich
das aber nicht zu bestimmen.

Alle anderen im Preis vergleichbaren LED sind ähnlich "hell". Wenn es 10 und mehr
Lumen werden sollen, steigt der Preis rapide an.
Borax
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Fr, 02.08.13, 08:03

Lumen ist für so enge Abstrahlwinkel einfach keine sehr sinnvolle Einheit. Lumen ist ja die gesamte in den Raum abgestrahlte Lichtleistung, für die Umrechnung Candela -> Lumen wird wie von stoske schon beschrieben der Winkel, bei dem die Intensität der LED auf 50% gesunken ist verwendet. Das ist aber nur eine Näherung die bei hinreichend großen Abstrahlwinkeln (>30°) gut funktioniert. An die 11lm glaube ich zwar auch nicht, andererseits glaube ich auch nicht, dass die LED nur 36 Lm/W hat. Die Wahrheit wird irgendwo dazwischen liegen.
...eine solche LED mit 11 lm, 30000 mcd und akzeptablen 15° gerade richtig ist, auch preislich. Wäre denn von vorne betrachtet eine solche LED heller oder eine mit 11 lm, 30000mcd und 40°
Der Knackpunkt ist 'Von vorne betrachtet'. Meinst Du damit, Du schaust genau senkrecht auf die LED?
Wenn wir mal die mcd weg lassen (die Werte passen sowieso nicht zusammen), dann ist logischerweise eine LED die 11lm auf 15° bündelt 'von vorne betrachtet' (im Sinne von 0° 'Betrachtungswinkel) heller als eine die 11lm auf 40° verteilt.
Siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtst%C3 ... ometrie%29
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R.Kränzler
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Fr, 02.08.13, 09:06

Dem kann ich nur zustimmen: Bei diesen LEDs ist eine große seitliche Streuung außerhalb der Hauptabstrahlcharakteristik, was bei der Lumenmessung alles erfasst wird aber bei dem gebündelten Licht verloren geht. Auch der Abstrahlwinkel ist nicht so exakt, ist ja auch keine hochwertige Optik.
Hier eine Messung dieser LED:
15009-Messwerte-1.JPG
15009-Messwerte-1.JPG (30.16 KiB) 11256 mal betrachtet
15009-Messwerte-2.JPG
15009-Messwerte-2.JPG (38.17 KiB) 11256 mal betrachtet
Oldman
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Fr, 02.08.13, 09:34

@ Stoske: Naja, bei gehöriger Vergrößerung kann ich auf dem Diagramm schon erkennen, daß die 50% bei 7,5° erreicht werden - 15° sind also laut Papier nicht unzutreffend. Das ergibt also wirklich nur 1,62 lm.

@ Borax: Vielleicht bin ich etwas pedantisch, aber ich meine schon, daß man sich auf die technischen Angaben verlassen können muß. Nur anhand dieser treffen wir die Auswahlentscheidung.
Ich versuche mal Deine Erklärung so zu formulieren, daß ich eine für mich hilfreiche Antwort enthält:
Wenn es gelingt (oder möglich ist), sämtliches abgestrahltes Licht in die Blickrichtung zu bündeln, dann wäre zum Vergleichen die Lumen-Angabe entscheidend, weil diese eben die gesamte "abgestrahlte "Lichtmenge" beschreibt.
Wenn ich keine Bündelung vornehmen kann sondern mich auf eine schmal abstrahlende LED beschränken muß bzw. die LED aufgrund der Anwendung im wesentlichen nur von vorne betrachtet wird, dann ist zum Vergleich der Candela-Wert maßgeblich.
Ist das so richtig?
Borax
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Fr, 02.08.13, 10:35

aber ich meine schon, daß man sich auf die technischen Angaben verlassen können muß. Nur anhand dieser treffen wir die Auswahlentscheidung.
Da hast Du natürlich recht. Aber in manchen technischen Angaben stecken Annahmen/Vereinfachungen, die einen gehörig in die Irre führen können. Wenn man sich das Protokoll von Lumitronix anschaut, dann passen die Angaben ja durchaus zum Kurzdatenblatt:
20 mA, 3,20 V, 125 lm/W, 30000 mcd 8 lm (Es kann sich um Maximalwerte handeln...)
Reale LED: 20 mA, 3,1 V, 103 lm/W, 28500 mcd, 6.5 lm

Tendenziell ist Deine Interpretation meiner Aussagen richtig. IMHO macht es aber keinen Sinn den Abstrahlwinkel zu 'ignorieren', die Abstrahlcharakteristik sollte man immer im Auge haben. Ein Laser passt ja auch nicht in dieses Schema...
...die LED aufgrund der Anwendung im wesentlichen nur von vorne betrachtet wird...
Was soll hier 'im wesentlichen ' heißen? Vielleicht solltest Du uns sagen, worum es eigentlich geht...
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stoske
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Fr, 02.08.13, 11:02

Schaut man sich das Datenblatt sehr genau an, dann befindet sich die 50%-Grenze
bei exakt 7.1 Grad Halbwinkel, also 14.2 Grad = was 1.4 Lumen typisch wären.

Macht man sich die Mühe und berechnet die Gesamt-Energiemenge über den
relevanten Bereich von 56 bis 90 Grad, dann liegt die energetische Mitte bei
genau 4.5 Grad Halbwinkel, also 9 Grad Total, was 0.6 Lumen sind.

Auf sechs oder acht Lumen kommt man zumindest laut Datenblatt nominal nicht
mal annähernd.

> IMHO macht es aber keinen Sinn den Abstrahlwinkel zu 'ignorieren',
> die Abstrahlcharakteristik sollte man immer im Auge haben

Das kommt darauf an. Bei Ermittlung der Effizienz muss man es, bei Ermittlung
der Effektivität darf man es nicht.
Oldman
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Fr, 02.08.13, 12:41

Ich will eine Art "Scheinwerfer" bauen, der auf größere Entfernung - einige 10 m und mehr - und annähernd senkrecht - bis zu etwa 4 oder 5 Meter seitlich abweichend - "betrachtet", also gesehen wird. Es geht nicht ums Ausleuchten sondern ums Auffallen. Ich kann auch keine einzelne Hochleistungs-LED nehmen, die mit einem Reflektor und Kühlung versehen sicherlich die bessere Wahl wäre, sondern habe aus verschiedenen Gründen, die nicht zur Disposition stehen, nur eine kreisringförmige Fläche von AD 5cm und ID 3cm, auf die ich eben entsprechend LEDs plazieren muß. Möglichkeit und Platz für eine Kühlung, wie sie die HiPower-LEDs brauchen, ist auch nicht (steht auch nicht zur Disposition). Daher kommen nur kreisförmig angeordnete 5mm-LEDs mit möglichst hoher "Leuchtkraft" in Betracht. Reflektoren scheiden aus Platz- wie Kostengründen (es sei denn, es würde eine günstige und effektive DIY-Lösung geben, um eine Bündelung auf diese 15° bis 20°, die hier ausreichen) aus, daher also auch lichtstarke aber breit absbstrahlende LEDs, die typischerweise als SMD entsprechende Kühlung brauchen.
Um den Effekt des Auffallens zu verstärken dachte ich daran, entweder diese LEDs oder eine separate Menge zufällig (vielleicht durchschnittlich 1 Blitz je Sekunde) pulsförmig mit dem vielfachen Strom anzuzsteuern, also eine Art Blitzeffekt. Entsprechende Pulse sind meist mit 10ms und einem duty-cycle von 1/10 zulässig - das ist mindestens 10 mal so lang wie ein normaler Kamerablitz und sollte, auch wenn die Lichtstärke natürlich an eine Blitzröhre bei weitem nicht heranreicht, ausreichend sein um zusätzliche Aufmerksamkeit zu erwecken. Für diese "Blitz"-LEDs könnte ich aber kostengünstige und helleuchtend SMD-LEDs nehmen, denn bei einem 10ms-Puls je Sekunde, also einem duty-cycle von 1%, dürfte keine Kühlung erforderlich sein.

Aufgrund dieser Vorgaben fiel mein Blick auf diese Nichia 5mm LED weiß 30000mcd 15° NSPW500GS-K1. Jetzt, nach euren Erklärungen (und mit der Rahmenbedingung: Kein Reflektoren möglich) erscheint mir dies in der Tat die richtige Wahl zu sein.

Aber wieso sollen die Kurz-Daten zutreffend sein? Sogar bei den gemessenen Werten von max. 40 cd und 12° ergeben sich nur rund 1,4 lm. Wo kommen die gemessenen 9,23 lm her? Das geht doch laut Rechner überhaupt nicht mit dem Abstrahlwinkel, selbst bei 24° wären es nur 5,5 lm.

Ich habe mangels Erfahrung ein Problem, mir die "wirkliche" Helligkeit vorzustellen, also dies im Vergleich mit mir bekannten "Leuchtmitteln" zu sehen. Bspw. habe ich eine Vorstellung, wie hell ein PKW-Scheinwerfer mit 55/60W mit Fernlicht erscheint - das ist schon viel. Auch wenn man dies (Fernlicht) mit einer 10W-Halo-Birne nachbildet, ist das recht hell, wenn man sich im Strahl befindet. Eine 10W-Halo hat wohl um die 150 lm, der Reflektor verschluckt wohl etwas, so daß man vielleicht unterstellen kann, daß dies im gedachten Fernlicht-Strahl um die 130 lm sind. Das wären mit den sich aus den Kurz-Angaben ergebenden 6 bis 7 lm (rund 110 lm/W und etwa 0,65W bei 20mA) bei 20mA um die 20 LEDs - das wäre für mich o.k. und würde auch platzmäßig nicht nur kein Problem sein sondern auch noch Platz für weitere "Blitz"-LEDs lassen.
Sind es aber tatsächlich nur um die 1,5 lm - und danach sieht es nach wie vor für mich aus -, dann brauche ich den Gedanken erst gar nicht weiterverfolgen.

Nachtrag: Eben erhalte ich auf meine Anfrage wegen der Daten vom Betreiber/Anbieter die Nachricht, daß der Candela-Lumen-Rechner nur für HiPower-LEDs geeignet sei ... ähh, wie? Die Umrechnung von Candela zu Lumen und vice versa ist doch allgemeingültig ... ?

Noch ein Nachtrag: Habe eben erst verstanden, daß R.Kränzler den Anbieter/Betreiber repräsentiert und die Werte von eigenen Messungen stammen. Danke an ihn.
Was aber nichts daran ändert, daß keiner der einschlägigen Umrechner bei diesen cd- und Grad-Werten auf etwa 7 lm kommt. Entweder sind die Umrechner (und damit wohl auch die Formeln) falsch oder die Messungen. Sorry. Oder?
Borax
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Fr, 02.08.13, 14:21

Aber wieso sollen die Kurz-Daten zutreffend sein? Sogar bei den gemessenen Werten von max. 40 cd und 12° ergeben sich nur rund 1,4 lm. Wo kommen die gemessenen 9,23 lm her? Das geht doch laut Rechner überhaupt nicht mit dem Abstrahlwinkel, selbst bei 24° wären es nur 5,5 lm.
Wie gesagt, diese Umrechnung funktioniert hier nicht sinnvoll... Als Näherung wird ein Lambertscher Strahler angenommen, bei dem die Abnahme der Lichtstärke in Abhängigkeit von der Betrachtungsrichtung quasi linear ist. Hast Du mal so ein Bild von einer typischen leuchtenden 5mm LED angeschaut? Beispiel: viewtopic.php?p=70812#p70812
Wie Du sieht ist die Lichtstärke in Abhängigkeit von der Betrachtungsrichtung alles andere als linear. Die Messung der LED bei Lumitronix erfolgt in der Ulbrichtkugel (daher unabhängig vom Abstrahlwinkel) die den gesamten Lichtstrom (in Lumen) erfasst.
nur eine kreisringförmige Fläche von AD 5cm und ID 3cm
Das würde zwar IMHO ideal zu High-Power LEDs mit einer Triple-Linse passen, aber das willst Du ja nicht. Bei nur 10% duty brauchst Du auch quasi keine Kühlung.
Das wären mit den sich aus den Kurz-Angaben ergebenden 6 bis 7 lm...
Ich würde mal grob sagen, dass die Hälfte davon (also gute 3 lm) in der von Dir 'gewünschten' Richtung abgestrahlt werden. Mehr aber nicht.
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R.Kränzler
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Fr, 02.08.13, 15:33

Danke Borax für die Unterstützung, vielleicht drückte ich mich zu einfach aus als ich schrieb:
Bei diesen LEDs ist eine große seitliche Streuung außerhalb der Hauptabstrahlcharakteristik, was bei der Lumenmessung alles erfasst wird aber bei dem gebündelten Licht verloren geht. Auch der Abstrahlwinkel ist nicht so exakt, ist ja auch keine hochwertige Optik.
Aber das von Dir verlinkte Bild zeigt das ja sehr anschaulich.

@ Oldman:
Übrigens hat ein Spot mit 25° Abstrahlwinkel und etwa 200 lm (20 W Halogen) ungefähr 850 cd nur mal so zum Vergleich, damit Du einschätzen kannst wo diese LED mit 30000 mcd = 30 cd ungefähr liegt.
Oldman
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So, 11.08.13, 12:08

Borax hat geschrieben:
nur eine kreisringförmige Fläche von AD 5cm und ID 3cm
Das würde zwar IMHO ideal zu High-Power LEDs mit einer Triple-Linse passen, aber das willst Du ja nicht. Bei nur 10% duty brauchst Du auch quasi keine Kühlung.
Verstehe ich nicht. Wie soll eine HighPower-LED mit der zur Verfügung stehenden Kreisring-Fläche harmonieren? Die HighPower-LED müßte ins Zentrum, aber das geht nicht, das ist bereit unabdingbar anderweitig "belegt".
Die 10% duty betreffen ja nur die Blitze. Im übrigen soll die LED normal leuchten (das läßt sich durchaus kombinieren die in Betracht genommenen 5mm-LEDs werden, wenn der Blitz kommen soll, vom 20-30mA-Dauerbetrieb für 01,sec ausgeschaltet, dann für 10ms mit 100mA angeschaltet. für 100ms ausgeschaltet und dann beginnt wieder der Dauerbetrieb mit 20-30mA). Und die High-Power-LEDs im Dauerbetrieb brauchen nun mal unabdingbar eine Kühlung.
Oldman
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So, 11.08.13, 12:16

R.Kränzler hat geschrieben:Übrigens hat ein Spot mit 25° Abstrahlwinkel und etwa 200 lm (20 W Halogen) ungefähr 850 cd nur mal so zum Vergleich, damit Du einschätzen kannst wo diese LED mit 30000 mcd = 30 cd ungefähr liegt.
Danke. Mit 20 dieser LEDs hätte ich in der Strahlrichtung also etwas weniger "Helligkeit" als beim "Hineinschauen" in einen 20W-Halo-Strahler - das reicht auf jeden Fall.

Was bleibt ist die Frage der Erwärmung: Anhand welcher Daten aus dem Datenblatt kann ich erkennen, welche LED welche Art und wieviel Kühlung benötigt? Bei den High-Power-LEDs weiß ich aus dem Forum zwar, daß sie gekühlt werden müssen, ohne indes zu wissen, wie ich diese erforderliche Kühlung bestimmen könnte, aber zu diesen 5mm-LEDs habe ich bezügl.der Kühlung noch nichts gefunden.
Borax
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So, 11.08.13, 12:44

Wie soll eine HighPower-LED mit der zur Verfügung stehenden Kreisring-Fläche harmonieren? Die HighPower-LED müßte ins Zentrum,
Ich hab nicht von einer HighPower-LED geredet... Sondern von 3 (oder auch 4). Die könntest Du auf dem Ring verteilen und kleine passende Linsen dazu um das ggf. hinreichend zu fokussieren. 5mm LEDs führen ihre Wärme über die Beinchen ab. Wenn Du sie kühlen willst, dann 'dicke' Kupferdrähte anlöten und nach außen führen.
Oldman
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Mo, 12.08.13, 11:50

Borax hat geschrieben:5mm LEDs führen ihre Wärme über die Beinchen ab. Wenn Du sie kühlen willst, dann 'dicke' Kupferdrähte anlöten und nach außen führen.
Klar, über die Beinchen. Aber die Frage ist: Müssen sie gekühlt werden (ggfs. ab welcher Stromaufnahme/Verlustleistung) und auf welche Weise bestimme ich das Maß, die "Menge", der Kühlung?
Borax
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Mo, 12.08.13, 12:33

Das ist nicht so einfach...
Im Prinzip immer das Gleiche: Es zählt die Junction Temperatur. Die kann man zwar indirekt messen, ist aber aufwändig: viewtopic.php?f=31&t=12079
Laut Datenblatt ist die maximale 'Betriebstemperatur' der LED = 85°C. So gesehen würde ich sagen, die Beinchen sollten max. 80°C haben. Bei welchem Strom das der Fall ist, hängt von so vielen Faktoren ab (Packungsdichte, Umgebungstemperatur, Wärmeleitung von der Platine...), dass man keine pauschale Aussage dazu machen kann. Erfahrungswerte mit dieser LED hab ich auch nicht, also wirst Du das testen müssen...
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Mo, 12.08.13, 12:52

Es stellt sich die Frage ob es überhaupt Sinn macht, die LED so dicht zu packen und so hoch zu befeueren, dass eine umfangreiche Kühlung nötig wird. Dann doch lieber einen anderen Typ LED aussuchen und den Aufbau daran anpassen, das dürfte einfacher sein.

Wenn ich mir das Projekt so anschauen, sollten Midpower SMD-LED mit billiger Kunststoff-Linse am ehesten hinkommen. Werden die nicht zu hoch befeuert, brauchen die keine bis wenig Kühlung. 4 Stück bei 50mA @ 5,7V liefert 4 x 40 lm = 160 lm. Mit Linse auf 18° ist das richtig hell. Abgesehen davon wird es ja ein sicher Gehäuse geben, dort lässt sich bei richtiger Konzeption die Abwärme abführen. Mit vier Nichia NF2W757ART und einer fertigen Optik wie dieser hier:
http://www.futurelightingsolutions.com/ ... =true&IM=0

könnte das passen. Andere Maß und bis 7 Linsen in einem Array gibt es auch. Diese Lampe sollte man auch auf 20 bis 50 Meter sehen können, natürlich nicht am Tag.
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