Batterie Leucht-/Lebensdauer und Spannung

[MartinMue]

Oh Mann, ich habe Wortfindungstörungen: Wie nennt mann den Bereich, um den die Spannung einer vollen Batterie schwanken kann? Z.B. 1,5V AA, neu gekauft: 1,7V; "leer" erst bei <1,0V. D.h. "Arbeitsbereich" zwischen 1,7 und 1,0 V. Ist Arbeitsbereich das richtige Wort?

Hallo allerseits!

Ich will meinem Sohn zu St. Martin aus vorhandenem Sammelsurium eine Laterne basteln und habe einige Grundsatz-Fragen zur geeigneten Stromversorgung.

Zur Ausgangssituation:

Laternenstab aus Wii Lichtschwert, als Batterie- und Schalterträger dient eine defekte, ausgeschlachtete Wii Remote im Griff des Laserschwerts.

Da meinem Sohn die vorhandenen Funzel LEDs nicht reichen (*) und außerdem an die spitze des Schwerts dann noch die Laterne dran soll, setze ich in den Schwertkörper (Diffusor) einen Stab ein, der die Zuleitung für die Laterne und eine Reihe von roten und blauen LEDs tragen soll.

Diffuse 3mm LEDs Rot 1,9V 20mA und Blau 3,2V 20mA aus einem alten Modellbau Sortiment.
So kann er mit einem Schalter zwischen rot, blau, violett wechseln.

(*) So schön wie auf dem Produkt-Foto bei Amazon sieht das Schwert nur in einem absolut stock finsteren Raum aus. Schon bei etwas Licht sieht man kaum noch ein Leuchten.

Meine Fragen:

• So am Rande: eigentlich müsste es das Thema "Wie lange hält die Batterie" doch schon oft geben. Ich habe aber nichst passendes gefunden. Welche Stich-/Suchworte wären für mein Frage am geeignetsten?

1. Um Verluste an (zu vielen) Vorwiderständen zu vermeiden, will ich eine "hohe" Spannung und mehrere LEDs in Reihe. Ich dachte an
   • 8x AAA Batterien, 12V mit
   • 6x Rot 1,9V 20mA mit R=33Ohm und
   • 3x Blau 3,2V 20mA mit R=120Ohm.
   8x AAA bekomme ich in das Wii Remote Gehäuse hinein, 8x AA passen leider nicht.
   Ist dieser Ansatz bzw. diese (meine) Vorstellung so richtig oder gibt es bessere Konzepte?
2. Bei neuen Batterien können statt 12V auch mal 13-14V kommen, bei Akkus sind's nur 10 V. Bereitet dieser Schwankungsbereich Probleme? Sollte ich den Widerstand statt für die Nominal-Spannung lieber für den Maximal- oder evtl. Minimal-Wert berechnen?
3. Funktioniert dies auch noch, wenn die Batterien leer werden und die Spannung auf 7-8V abgefallen ist?
4. Wie viele der o.g. LEDs kann ich an den 8x AAA Batterien oder 8x AAA Akku 1100mAh betreiben, damit die Laterne 2-3 Stunden leuchtet? D.h. kann ich den Schwertkörper auch mit je 5 LED-Paketen (d.h. mit 5x3 Blauen + 5x6 Roten) bestücken? Wie kann man dies ausrechnen?
   • 15 Blau 20mA + 30 Rot 20 mA = 45 x 20 mA = 900 mA zzgl. Verlust an den 10 Widerständen
     Da komme ich mit 1100 mAh Akkus nicht weit, oder?
   Noch eine Laterne (R2D2 aus Papier mit einigen bunten oder Farbwechsel-LEDs) mit dieser Stromquelle zu betreiben, wird dann wohl nichts mehr...
5. Kennt jemand vielleicht eine portable und nicht zu teure Stromquelle in der Größe von 8x AAA Batterien (ca. 10x2x2 cm) mit mehr Leistung?

Ich wäre für jede Hilfe sehr dankbar und revanchiere mich ggfs. mit einem Bild bzw. einer Beschreibung der fertigen Laterne.


Viele Grüße,
Martin

[Mr Fix-it]

Die LED hat einen "Arbeitsbereich" innerhalb dessen der Nennstrom anliegt. Deshalb wird die Betriebsspannung über den LEDs immer von bis angegeben.
Für Dich gilt immer die niedrigste Spannung, denn nur kannst Du sicher stellen, dass nicht der mehrfache Strom fließt. Auch für die Akkus gilt immer die höchste Spannung als Ausgangswert. Es gibt hier ein Hilfsmittel um die Widerstände anhand der Durchlassspannung und des Betriebsstroms so wie der Systemspannung zu berechnen, dann kennst Du auch die genauen Verluste die an den Widerständen entstehen ( http://www.leds.de/Widerstandsrechner/ ) es wird weit weniger sein als Du vermutest.

Grundsätzlich kannst Du die Kapazität der Akkus durch die Stromaufnahme der gesamten LED-Schaltung teilen um die Brenndauer der Akkus zu erfahren. Da mit sinkender Spannung an der Stromquelle auch die Stromaufnahme der LEDs sinkt ist die Laufzeit in jedem Fall länger als berechnet. Da Du bei allen Werten immer einen Grenzwert verwendest, kannst Du die tatsächliche Stromaufnahme nur durch messen erfahren. Da die gesamte Schaltung durch die Vorwiderstände nicht ganz so niederohmig ist, kannst Du das mit einem Multimeter halbwegs genau ermitteln.

Um die Lebensdauer der Akkus zu verlängern, kannst Du einfach am Widerstandsrechner einen geringeren Durchlassstrom für die LEDs angeben (z.B. 10-15mA statt 20mA) damit steigt der Wert für den Vorwiderstand und es sinkt der Durchlassstrom und die gesamte Leistungsaufnahme der Schaltung, einfach mal mit dem Werkzeug etwas herum spielen, Du wirst sehen, das bei dem von Dir gewählten Aufbau am Vorwiderstand nicht viel Verlustleistung anfällt.