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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ein- / Ausschaltzeit einer Glühlampe?


Autor: Yves E. (yves19)
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Hallo!

Ich möchte mit LEDs das Aufleuchten und Nachleuchten einer Glühlampe 
möglichst realistisch imitieren.
Nun konnte ich leider wenig dazu finden, wie lang eine Glühlampe in etwa 
benötigt, bis sie die volle Helligkeit erreicht bzw. wie lange es dauert 
bis sie wieder komplett aus ist.
Wenn man sich mal auf Wikipedia dieses Diagramm ansieht: 
https://de.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%BChlampe#/medi...

Könnte man ja annehmen, die Helligkeit nimmt quadratisch zu, schön und 
gut, aber leider kenne ich nicht die Gesamtdauer, die dieser Vorgang in 
Anspruch nimmt.
Kann mir da jemand weiterhelfen? Am allerbesten wäre natürlich eine 
Funktion der Helligkeit in Abhängigkeit zur Zeit :D

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Yves E. schrieb:
> Nun konnte ich leider wenig dazu finden, wie lang eine Glühlampe in etwa
> benötigt, bis sie die volle Helligkeit erreicht bzw. wie lange es dauert
> bis sie wieder komplett aus ist.

Das hängt doch auch extrem von deiner Glühlampe ab: vergleiche mal
einen Kfz-Bilux-Lampe mit einer kleinen Taschenlampe.

Das sinnvollste wäre es, eine Lampe der Leistungsklasse nachzumessen,
die du simulieren möchtest.

Autor: Jürgen S. (engineer) Benutzerseite
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Der Strom durch die Wendel ist eine abklingende Sinusfunktion gemäss der 
steigenden Widerstandes und die Temperatur das Integral der Verluste. 
Der genaue Verlauf hängt vom Einschaltzustand ab, also der Temperatur, 
mit der die Lampe in die Kurve / DGL einsteigt:

Da die Anheizzeit im Bereich einiger Wellenlängen der 50Hz liegt, ist 
auch die Phase noch wichtig.

Unterscheiden muss man Temperatur und Helligkeit, weil diese aus der 
Stahlung kommt, die nicht linear ist, mit der Temperatur. Und: Die 
Bereiche der Wendel erwärmen sich nicht gleichförmig, es gibt auch noch 
ein 3D-Verhalten der Wendel dort für jeden Punkt ein 3D-Verhalten im 
Bezug auf das Spektrum und der Zeit.

Das alles zu emulieren, halte Ich für unpraktisch, zumal deine LED nur 
eine Farbe können wird.

Autor: Der Andere (Gast)
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Eine einfache exponentielle Annäherung an 100% bzw Aus wie bei einer RC 
Kombination dürfte wohl genau genug sein, daß man praktisch keinen 
Unterschied wahrnimmt.
Man kann also entweder eine Doktorarbeit darüber verfassen oder man 
versucht es einfach mal mit der einfachen Näherung.

Autor: Bauform B. (bauformb)
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Das wäre mal eine sinnvolle Anwendung für ein Video: Ein- und 
Ausschalten filmen und dann die Einzelbilder zählen ;)

Autor: nichtich (Gast)
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Bei Mythbusters wurde mal ähnliches getestet. Die Folge heißt "Licht an 
oder aus" und klärt die Frage ob es Energie spart, das Licht durchgehend 
an zu lassen.
Wenn ich mich richtig erinnere brauchen Standard-Glühlampen im 
Einschaltmoment soviel Energie wie während 0,3 Sekunden Dauerbetrieb. 
Bei Neonröhren waren es 23 Sekunden. Ich gehe davon aus, dass sich der 
Einschaltmoment kaum mit bloßem Auge erfassen lässt. Nur das Nachglimmen 
beim Ausschalten wäre eine Simulation wert.

Autor: nachtmix (Gast)
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Der Andere schrieb:
> Man kann also entweder eine Doktorarbeit darüber verfassen oder man
> versucht es einfach mal mit der einfachen Näherung.

Oder man verwendet einfach eine Glühlampe ;-)

Wenn eine kleine Lampe langsam verlöschen soll, wie das bei Lampen mit 
dickem Glühdraht der Fall ist, könnte man noch einen Elko parallel 
schalten.

Autor: Der Zahn der Zeit (Gast)
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Es gibt einen festen Zusammenhang zwischen Helligkeit und Widerstand des 
Glühfadens. So kann man anhand der Stromaufnahme (genauer: Des 
Widerstands), zusammen mit der vorher ermittelten Kennlinie, die 
momentane Helligkeit bestimmen. Dicke Glühfäden (Autolampen) sind 
thermisch deutlich träger als dünne.

nichtich schrieb:
> brauchen Standard-Glühlampen im
> Einschaltmoment soviel Energie wie während 0,3 Sekunden Dauerbetrieb.
Ja, die haben viel Blödsinn gemacht. Dass man dafür aber die Lampe sehr 
viel länger als 0,3 Sekunden ausgeschaltet haben muss, damit sie kalt 
ist - hat man das erwähnt? (Und wie lange ist der Einschalt"moment"?)

Autor: Jürgen S. (engineer) Benutzerseite
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Der Zahn der Zeit schrieb:
> nichtich schrieb:
>> brauchen Standard-Glühlampen im
>> Einschaltmoment soviel Energie wie während 0,3 Sekunden Dauerbetrieb.
> Ja, die haben viel Blödsinn gemacht. Dass man dafür aber die Lampe sehr
> viel länger als 0,3 Sekunden ausgeschaltet haben muss, damit sie kalt
> ist - hat man das erwähnt? (Und wie lange ist der Einschalt"moment"?)

Ich finde 0,3 Sek wenig. Ich glaube, das ist der Wert den sie erzielt 
haben dürften, indem sie ständig ein und ausschalten. Wie Du richtig 
einwirfst, macht es einen Unterschied, ob der Faden schon kalt ist.

Ich habe aus Erinnerung im Kopf, dass die Lampe beim Einschalten mehrere 
A zieht. Zusammen mit den Verlusten, die sich durch das Nachleuchten 
beim Ausschalten ergeben, würde Ich sagen, dass die Verluste beim 
Einschalten größer sind, als der Bedarf für ein Drittelsekunde Leuchten. 
Die heizen ja nicht nur den Lampenfaden auf, sondern hängen auch noch in 
den Zuleitungen der Lampe. Wenn man mal so eine 100W-Glühbirne an einer 
Kabeltrommel einschaltet, sieht, man dass das langsamer ist, wobei ein 
Teil der Verluste auch induktive Spannungsverluste sind, welche kaum 
Energie kosten.

Autor: Cyberfuzzy (Gast)
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Hallo Yves,

da mich deine Frage auch interessiert, habe ich es einfach mal 
ausprobiert und mit dem Oszilloskop gemessen. Die Glühbirne ist eine KFZ 
Bremsleuchte.

Gelbe Kurve: Spannung an der Glühbirne (12 V).
Blaue Kurve: Helligkeit, gemessen mit Hilfe eines Fototransistors.

Zeitbasis beim Einschalten: 5 ms / Div.
Ca. 15 ms nach dem Anlegen der Spannung fängt die Glühbirne an, hell zu 
werden, nach weiteren 10 ms hat sie ihre maximale Helligkeit erreicht.

Zeitbasis beim Ausschalten: 100 ms / Div.
Ca. 300 ms nach dem Abschalten der Spannung fängt die Glühbirne an, 
dunkel zu werden, nach weiteren 300 bis 400 ms ist der sichtbare Teil 
nicht mehr da.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Jörg W. schrieb:

> Das hängt doch auch extrem von deiner Glühlampe ab: vergleiche mal
> einen Kfz-Bilux-Lampe mit einer kleinen Taschenlampe.

Besonders deutlich wird das bei Verkehrsampeln: Einmal die "normalen"
und einmal die batteriebetriebenen, wie man sie in der Nähe von
Bahnübergängen hat. Die Endhelligkeit dürfte bei beiden Versionen
die gleiche sein.

Autor: Klaus (Gast)
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Cyberfuzzy schrieb:
> da mich deine Frage auch interessiert, habe ich es einfach mal
> ausprobiert und mit dem Oszilloskop gemessen. Die Glühbirne ist eine KFZ
> Bremsleuchte.

Wie man am zweiten Bild deutlich sieht, ist dein Fototransistor 
übersteuert. Die Helligkeit nimmt sicher sofort nach dem Einschalten ab, 
es wird da keine scharfe Kante in der Helligkeitsfunktion geben. 
Platziere den Transistor mal weiter weg von der Lampe.

MfG Klaus

Autor: Yves E. (yves19)
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Der Zahn der Zeit schrieb:
> Es gibt einen festen Zusammenhang zwischen Helligkeit und Widerstand des
> Glühfadens. So kann man anhand der Stromaufnahme (genauer: Des
> Widerstands), zusammen mit der vorher ermittelten Kennlinie, die
> momentane Helligkeit bestimmen. Dicke Glühfäden (Autolampen) sind
> thermisch deutlich träger als dünne.
>
> nichtich schrieb:
>> brauchen Standard-Glühlampen im
>> Einschaltmoment soviel Energie wie während 0,3 Sekunden Dauerbetrieb.
> Ja, die haben viel Blödsinn gemacht. Dass man dafür aber die Lampe sehr
> viel länger als 0,3 Sekunden ausgeschaltet haben muss, damit sie kalt
> ist - hat man das erwähnt? (Und wie lange ist der Einschalt"moment"?)


Also genau genug um die menschliche Wahrnehmung zu täuschen genügt 
mir^^'
Die Glühlampe die nachgestellt werden soll hat 21W bei 12V.
Die einfachste Näherung die ich bisher mit nem Controller umgesetzt habe 
sieht schon recht gut aus, nur ist der Anstieg zu stetig weil der PWM 
Wert in festen Zeitabständen erhöht wird, momentan beträgt dieser 
Zeitabstand 1ms. Somit dauert es 255ms bis die maximale Helligkeit 
erreicht ist und 255ms bis die LED aus ist.
Ich glaube beim Einschalten müsste die volle Helligkeit schneller da 
sein, wobei das bei der Glühlampe ja letztenendes vom Innenwiderstand 
der Spannungsquelle abhängt.

Autor: Dieter (Gast)
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Für die Lichtfarbe wird noch zusätzlich eine rote LED angesteuert werden 
müssen.

Autor: Yves E. (yves19)
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Dieter schrieb:
> Für die Lichtfarbe wird noch zusätzlich eine rote LED angesteuert werden
> müssen.

Die Lichtfarbe spielt hier keine Rolle. Es geht nur um das Ein- und 
Ausschaltverhalten.

@Cyberfuzzy

Cool, danke für deine Mühe! :-)
Aber 300ms ohne Helligkeitsänderung klingt ganzschön viel oder?

Autor: Cyberfuzzy (Gast)
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Klaus schrieb:
> Wie man am zweiten Bild deutlich sieht, ist dein Fototransistor
> übersteuert. Die Helligkeit nimmt sicher sofort nach dem Einschalten ab,
> es wird da keine scharfe Kante in der Helligkeitsfunktion geben.
> Platziere den Transistor mal weiter weg von der Lampe.

Danke für den Hinweis, ich vermute da hast du recht :-)


Yves E. schrieb:
> Aber 300ms ohne Helligkeitsänderung klingt ganzschön viel oder?

Ja, das stimmt. Wie Klaus bereits geschrieben hat, könnte es tatsächlich 
sein, dass der Fototransistor übersteuert war und den ersten Teil vom 
"dunkel werden" noch nicht mitbekommen hat. Die 600 bis 700 ms bis das 
Licht nicht mehr zu sehen ist müssten allerdings trotzdem stimmen.

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Man sollte eine Fotodiode im Kurzschlussbetrieb benutzen.  Vermutlich
braucht man aber einen Strom-Spannungs-Wandler 
(Transimpedanzverstärker),
um am Oszi ein hinreichendes Signal zu produzieren.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Cyberfuzzy schrieb:
> Ja, das stimmt. Wie Klaus bereits geschrieben hat, könnte es tatsächlich
> sein, dass der Fototransistor übersteuert war

Du solltest den Serienwiderstand, an dem du den Spannungsabfall misst,
kleiner machen, damit der beleuchtungsabhängige Strom auch wirklich voll
fließen kann.

Oder du gehst mit dem Fototransistor einfach ein gutes Stück weiter weg
von der Lampe. Angesichts der schwachen Batterie, mit der du den Versuch
betreibst, ist das wohl die bessere Alternative.

Autor: nachtmix (Gast)
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Cyberfuzzy schrieb:
> Die 600 bis 700 ms bis das
> Licht nicht mehr zu sehen ist müssten allerdings trotzdem stimmen.

Nö.
 Da der Phototransistor sein Empfindlichkeitsmaximum im IR hat, stimmt 
der Strom nicht mit dem Helligkeitsempfinden überein. Der Transistor 
sieht den abkühlenden Glühfaden deutlich länger bzw. beim Aufheizen 
früher.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Yves E. schrieb:
> Ich möchte mit LEDs das Aufleuchten und Nachleuchten einer Glühlampe
> möglichst realistisch imitieren.

Dann nimm doch eine Glühlampe (die du simulieren willst) und 
beobachte!!!


Dann baust Du eine Schaltung für Deine Leds und fertig!


Beobachten musst Du selbst...

Autor: Wolfgang (Gast)
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nachtmix schrieb:
> Da der Phototransistor sein Empfindlichkeitsmaximum im IR hat, stimmt
> der Strom nicht mit dem Helligkeitsempfinden überein.

Du beliebst zu übertreiben. Oder verwechselst du IR der Photodiode (bsp. 
BWP34 max. bei 850 nm) mit thermischem Infrarot.

Bei einer Glühbirne mit vielleicht 2800K liegt das spektrale Maximum der 
Abstrahlung schon weiter im IR als das Maximum der spektralen 
Empfindlichkeit einer typischen Photodiode.

Autor: klothilde (Gast)
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Harald W. schrieb:
> Besonders deutlich wird das bei Verkehrsampeln: Einmal die "normalen"
> und einmal die batteriebetriebenen, wie man sie in der Nähe von
> Bahnübergängen hat. Die Endhelligkeit dürfte bei beiden Versionen
> die gleiche sein.

Schwätzer.

Autor: michael_ (Gast)
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Jede wissentschaftliche Betrachtung ist doch hier sinnlos.
Mach praktische Einstellungen, die du visuell betrachtest.

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