Handleuchte

Apropos Handleuchte: Folgendes Möbel hatte tatsächlich ausreichend Nerv, mir vor die Pupille zu schleichen. Handliches, extrem helles Gerät mit großem Scheinwerfer.

Leuchtmittel ist eine Halogenlampe für Motorräder (6 V * 9 A = 54 W). Diese wird aus einem kleinen eingebauten Motorradbleiakku (3 Zellen, 6V, 4 Ah) versorgt. Dem Gerät liegt ein separates Steckernetzteil für Zigarettenanzünder- oder Bordsteckdosen bei, das die Bordspannung von 16,0/12,0/10,8 V auf die für den Lampenakku erforderliche Ladespannung von 5,4/6,0/6,7 V reduziert und die auf 600 mA begrenzte Ladestromstärke über die Ladebuchse und eine Rückstromsperrdiode dem Leuchtenakku zuführt.

Der beabsichtigte Vorteil liegt auf der Hand: Durch Auslegung der Leuchtenbetriebsspannung auf einen Normwert unterhalb der PKW-Bordspannung will man zur Umladung einen Spannungswandler mit zugehörigen Kosten und schlechtem Wirkungsgrad vermeiden. Der enorme größte Nachteil sollte allerdings auch jedem ins Auge stechen: Das Netzteil ist nicht in der Lage, das Leuchtmittel direkt zu versorgen, sondern nur den Akku sehr langsam zu laden (9,33 h * 600 mA / 1,4 = 4,0 Ah). Diese Ladedauer von 9,33 Stunden beschränkt und verteilt sich zudem auf Fahrzeiten, solange die Steckdose nicht wie üblich über das Zündschloss abgeschaltet ist. Je länger die erforderliche Ladezeit, desto länger wird der Kapazitätsschwund verzögert und damit die Akkulebensdauer verlängert, desto länger steht das Gerät jedoch auch nicht in vollem Umfang zur Verfügung. Sobald der Akku seine Lebenserwartung von trotzdem maximal nur rund 4 Jahren überschritten hat, ist man praktisch gezwungen, den Akku zu ersetzen, da kein Direktbetrieb des Leuchtmittels möglich ist. Aus der überlangen Ladedauer von 9,33 Stunden in einen fabrikneuen Akku wird eine maximale Entladebetriebsdauer von nur 26 Minuten und 40 Sekunden erzeugt (0,44 h * 9 A = 4,0 Ah).

Jeder Akkubetrieb verursacht folgende unumgänglichen Mindestverluste:
  • Der Ladestromfaktor von rund 1,4 bei jedem Akkutyp gibt an, um welchen Faktor das Produkt aus Ladestromstärke und Ladedauer höher als das Produkt aus daraus erzielbarem Entladestrom und Entladedauer ist. Der Wirkungsgrad dieses Verlustfaktors entspricht dem Kehrwert und beträgt somit ca. 71,4 %.
  • Zur Erzeugung eines Ladestroms ist eine etwas höhere Ladespannung als die Akkuspannung erforderlich. Bei Bleiakkus liegt die Nennspannung bei 2,0 und die zulässige Entladespannung zwischen 2,07 und 1,80 Volt pro Zelle. Bleiakkus werden üblicher Weise mit einer Konstantspannung von maximal 2,67 Volt im Auto oder sonst 2,23 Volt pro in Reihe geschalteter Zelle geladen, was anfangs aufgrund der größeren Differenz zur Entladespannung auch zu höherem Ladestrom führt, der mit zunehmender Ladung dann sinkt. Ist der Akku voll, sollte man die Ladespannung auf 2,07 Volt pro Zelle reduzieren. Der Wirkungsgrad dieses Verlustfaktors beträgt somit für die Aufladung ((2,07 V + 1,80 V) / 2) / 2,23 V = 86,8 % und für die Erhaltungsladung knapp 2,07 V / 2,07 V = 100 %.
  • Jeder Akku hat auch eine gewisse Selbstentladung, die von Bauart, Qualität, Alter, bisheriger Malträtierung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit abhängt und sich damit nicht so genau beziffern lässt.
  • Die Lebenserwartung eines Akkus von rund 4 Jahren kommt einem regelmäßigen Totalschaden gleich, der jedes Mal erneut zu finanzieren ist. Auch das lässt sich nicht direkt in Form eines Wirkungsgrads beziffern.

    Der maximale Gesamtwirkungsgrad für einen Akkubetrieb entspricht dem Produkt daraus: 71,4 % * 86,8 % = 62,0 % abzüglich Selbstentladung und regelmäßig erforderlichem Akkuersatz.

  • Bei der vorliegenden glorreichen Konstruktion gesellt sich folgender hausgemachter Zusatzverlust hinzu: Die zur Vermeidung einer Spannungswandlung realisierte Spannungsanpassung von Bordspannung ca. 16 V (Ladung nur während der Fahrt) auf Ladespannung 6,7 V kostet den zusätzlichen Anpassungswirkungsgrad von 6,7 V / 16 V = 41,9 %. Hätte man bei der Konzeption nur ein wenig nachgedacht, wäre rechtzeitig aufgefallen, dass die meisten Bordsteckdosen über Zündung abgeschaltet werden. Wenn während der Umladung also ohnehin meist die Lichtmaschine läuft, hätte man besser auch für die Leuchte ein 12 Volt-System gewählt und könnte dann diese Anpassungsverluste vollkommen vermeiden. Die 16 Volt der Lichtmaschine reichen selbst für den Spannungsabfall der Rückstromsperrdiode noch aus. Bei gleicher Ladestromstärke, Akkukapazität und Entladebetriebsdauer wären außerdem Ladedauer und Entladestromstärke nur halb so groß, was Verfügbarkeit und Lebensdauer steigern würde.
  • Wird mit dem Ganzen eine Beleuchtung betrieben, ist selbstverständlich auch der Wirkungsgrad des Leuchtmittels zu bezahlen. Dieser beträgt mit jeweils auch unterschiedlicher Lebensdauer bei einer normalen Wolframlampe ca. 10 %, bei einer Kryptonlampe ca. 25 %, bei der hier verwendeten Halogenlampe ca. 40 %, bei einer Xenonlampe ca. 55 %, bei einer Leuchtstofflampe ca. 90 % und bei Leuchtdioden (LED) ca. 98 %.

Der tatsächliche Gesamtwirkungsgrad entspricht also erbärmlichen: 71,4 % * 86,8 % * 41,9 % * 40,0 % = 10,4 % abzüglich Selbstentladung und regelmäßigem Akkuersatz. Das ganze löchrige Fass wird nicht aus einer noch halbwegs bezahlbaren Netzsteckdose gefüllt, sondern über Lichtmaschine und Motor aus der sündhaft wesentlich teureren Tankinnenbefeuchtung. Hinzu kommt der Akkubetriebszwang, da das Netzteil zur Spannungsanpassung aufgrund dessen Schwachbrüstigkeit das Leuchtmittel nicht direkt, sondern nur zeitgestreckt über den Akku versorgen kann.

Fazit: Grenzenlose Dilettanz bei der Entwicklung solcher Umweltschädlinge sollten von der Genfer Konvention als Verbrechen geächtet werden. Bis dahin deponieren Sie diese Geräte dort, wo sie am besten hingehören: Im Ladenhüterregal dürfen sie wirkungsvoll dokumentieren, welcher Prozentsatz aller Käufer seinen Verstand nicht an der Garderobe abgegeben hat und sich nicht beliebig über den Tisch ziehen lässt.

Nennen Sie so ein Teil bereits Ihr Eigen (vielleicht geerbt?), wäre die Mülltonne zu schade. Den Akku kann man entfernen und entsorgen, statt ihn zu ersetzen. Das Leuchtmittel ersetzt man für kleines Geld aus dem Baumarkt durch ein baugleiches mit 12 V Nennspannung. Die Ladebuchse wird bei Außerfunktionsetzung der Rückstromsperrdiode nur über den Betriebsschalter direkt mit der Leuchtmittelfassung verbunden. Das Netzteil wird von der Ladeleitung getrennt und durch einen Bordstecker ersetzt. Der Gesamtwirkungsgrad wird damit auf den des Leuchtmittels ohne Akkubetriebszwang erhöht (akzeptable ca. 40 %).

Wenn Sie eine Handleuchte für den Kofferraum anschaffen, denken Sie also auch daran, dass diese meist unbemerkt bereits für die Betriebsbereitschaft auch Unmengen von Kraftstoff verschlingen kann. Kaufen Sie unbedingt eine mit hocheffizientem Leuchtmittel (LED), wenn möglich in blankem Scheinwerferparabolreflektor. Wenn während des Betriebs unbedingt auf Nabel und Kurbelinduktor verzichtet werden soll, wählt man für minimale Ersatzkosten einen Bleiakku. Ist eine maximale Energiedichte für maximale Betriebsdauer bei minimalem Gewicht und Größe gefragt, empfiehlt sich ein Akku auf Lithium-Basis. Wenn möglich, ist auch die mehrfache Nutzungsmöglichkeit des Akkus während dessen Lebenszeit auch für andere Geräte wünschenswert. In jedem Fall sollten Sie darauf achten, dass die Leuchte sowohl mit intaktem als auch demontiertem Akku trotzdem betriebsfähig bleibt. Wenn die maximale Strombelastbarkeit von Netzteil oder Anschlussleitung geringer als der Nennstromstärkenbedarf des Leuchtmittels ist, brauchen Sie danach überhaupt nicht zu fragen. Leuchten mit Spannungsanpassung (z. B. von 12 auf 6 Volt) oder mit Spannungswandlern (z. B. von 12 auf 24 Volt) lassen Sie ebenfalls besser im Laden, da damit meist vollkommen überflüssige Zusatzverluste verbunden sind.

Für den Betrieb bieten sich die vorhandene Zigatettenanzünderdose vorne sowie die Bordsteckdose im Fondraum an. Im Kofferraum empfiehlt sich die Installation einer zusätzlichen an Dauerspannung (mit später Energiemanagementabschaltung), die dann auch zeitbegrenzt für eine Peltierkühlbox oder für Modellbauakkunachladung genutzt werden kann.